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玄武岩纤维对差别级配环氧沥青混淆料性能的影响研究

宣布日期：

2024-12-11

摘要

通过将差别掺量的玄武岩纤维掺入三种 AC 级配环氧沥青混淆料中进行改性，以动稳定度、zui大弯拉应变、浸水残留稳定度、冻融劈裂强度比及疲劳寿命次数为试验指标，系统研究了玄武岩纤维掺量对差别 AC 级配环氧沥青混淆料路用性能的影响纪律。结果标明：通过增大级配公称zui大粒径可以改善环氧沥青混淆料的高温稳定性，但倒运于其低温抗裂性、水稳定性及抗疲劳性，故建议选择公称zui大粒径较小的级配；掺入玄武岩纤维能够有效改善环氧沥青混淆料高温稳定性、低温抗裂性及抗疲劳性；掺入玄武岩纤维虽对环氧沥青混淆料的抗水损害能力有所影响，但仍满足规范使用要求；玄武岩纤维改性环氧沥青混淆料的推jian掺量为 6%，有利于提升其使用性能及寿命。

要害词: 沥青路面环氧沥青混淆料玄武岩纤维路用性能

由于环氧沥青混淆料的路用性能较普通沥青混淆料更为优异，故在高品级路面建设工程中获得了广泛应用 [1-3]。因环氧树脂的脆性高且柔韧性差，使得环氧沥青混淆料铺装结构的抗裂及抗疲劳性能较差，其在低温、荷载耦相助用下容易爆发开裂病害，给路面的使用性能及寿命造成严重影响 [4-5]。为了改善环氧沥青混淆料的使用性能，海内门路研究者对此展开了一些研究，如：郝增恒等 [6] 探讨了多种 70# 基质沥青对环氧沥青混淆料路用性能的影响，研究结果标明基质沥青种类对环氧沥青混淆料路用性能的影响不大；顾晓燕等 [7] 研究了聚酯纤维掺量对环氧沥青混淆料柔、韧性的改性效果，结果标明 0.3% 的聚酯纤维可大幅提升环氧沥青混淆料的柔性与韧性；刘攀等 [8] 考察了 5 种差别级配类型对环氧沥青混淆料路用性能的影响，研究结果标明，级配类型仅对其抗滑性能有所影响，而对其它路用性能影响较��；钟庆军等 [9] 研究了石墨烯掺量对环氧沥青及环氧沥青混淆料性能的影响纪律，结果标明，0.3% 的石墨烯能够有效改善环氧沥青的拉伸强度与断裂伸长率，同时可以显著提升环氧沥青混淆料的路用性能�？悸堑叫溲蚁宋谋韧饷不洗�，能够吸附大宗的自由沥青，使得沥青胶浆的粘性与粗集料的沥青膜厚度增大，从而增强沥青混淆料的各项路用性能。本文通过将差别掺量的玄武岩纤维掺入三种 AC 级配环氧沥青混淆料中进行改性，以动稳定度、zui大弯拉应变、浸水残留稳定度、冻融劈裂强度比及疲劳寿命次数为试验指标，探讨了玄武岩纤维掺量对差别 AC 级配环氧沥青混淆料路用性能的影响纪律，以期为玄武岩纤维改性环氧沥青混淆料的设计及工程应用提供技术支撑。

试验部分

原质料

环氧沥青接纳国产某品牌环氧树脂沥青，其主要技术指标见表 1。粗、细集料均接纳玄武岩，其中细集料表观密度为 2.727g?cm-3，棱角性为 20.7s，吸水率为 1.36%，砂当量为 78.9%；粗集料吸水率小于 1%，压碎值为 8.2%，针片状颗粒含量小于 3%，磨耗值为13.5%�？蠓劢幽杀砉勖芏任� 2.695g?cm-3 的石灰岩矿粉，粒度规模（<0.075mm）为 78.1%，亲水系数为 0.69，塑性指数为 2.72%。纤维选用短切玄武岩纤维，其主要技术性能指标见表 2。

玄武岩纤维对差别级配环氧沥青混淆料性能的影响研究

试验计划

试验选择了 AC-10、AC-13、AC-20 三种级配类型进行环氧沥青混淆料路用性能及耐久性试验研究，所选的 AC 级配曲线如图 1 所示。在各级配环氧沥青混淆料中划分掺入 0%、2%、4%、6%、8% 的短切玄武岩纤维，接纳高温趁魅辙试验、低温三点弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验评价环氧沥青混淆料的路用性能，接纳四点弯曲试验评价环氧沥青混淆料的抗疲劳耐久性，相关试验计划见表 3。

玄武岩纤维对差别级配环氧沥青混淆料性能的影响研究

结果与讨论

高温稳定性

玄武岩纤维对差别级配环氧沥青混淆料高温稳定性的影响纪律如图 2 所示。

玄武岩纤维对差别级配环氧沥青混淆料性能的影响研究

凭据图 2 可知，玄武岩纤维改性环氧沥青混淆料的动稳定度均远高于《公路工程沥青及沥青混淆料试验规程》（JTG E20-2011）的zui低要求；在相同玄武岩纤维掺量条件下，环氧沥青混淆料的动稳定度随着 AC 级配公称zui大粒径的增大逐渐增大。随着玄武岩纤维掺量的增加，环氧沥青混淆料的动稳定度呈先增后减变革，在玄武岩纤维掺量为 0~6% 规模内，沥青混淆料的动稳定度随之逐渐增大，而在纤维掺量为 6%~8% 规模内，动稳定度则随之逐渐减小。掺入玄武岩纤维可以显著提高环氧沥青混淆料的高温稳定性，原因是玄武岩纤维有增韧、加筋的作用，其在混淆料内部形成三维网状结构，能够有效抑制高温荷载作用下集料间的滑移能力，从而改善环氧沥青混淆料的高温抗趁魅辙变形能力。

低温抗裂性

玄武岩纤维对差别级配环氧沥青混淆料低温抗裂性的影响纪律如图 3 所示。

玄武岩纤维对差别级配环氧沥青混淆料性能的影响研究

由图 3 可以看出，差别玄武岩纤维改性环氧沥青混淆料的zui大弯拉应变均远高于 JTG E20-2011 规范的zui低要求；在相同玄武岩纤维掺量条件下，沥青混淆料的zui大弯拉应变随着 AC 级配公称zui大粒径的增大逐渐减小。随着玄武岩纤维掺量的增加，AC-10、AC-13、AC-20 级配环氧沥青混淆料的zui大弯拉应变同样都呈先增后减变革，在玄武岩纤维掺量为 6% 时，zui大弯拉应变都抵达峰值，且较未掺纤维混淆料划分增大了 62.2%、66.4%、58.5%，说明掺入玄武岩纤维能够有效改善环氧沥青混淆料的低温抗裂性，原因是玄武岩纤维均匀加筋于混淆料中形成三维空间网状结构，增进了应力的疏散与通报，因此在一定水平上能够阻止裂缝的爆发或生长，从而增强环氧沥青混淆料的低温抗开裂能力。

水稳定性

玄武岩纤维对差别级配环氧沥青混淆料水稳定性的影响纪律如图 4 所示。

玄武岩纤维对差别级配环氧沥青混淆料性能的影响研究

由图 4 可知，差别玄武岩纤维改性环氧沥青混淆料的浸水残留稳定度与冻融劈裂强度比均高于 JTG E20-2011 规范zui低标准；在相同玄武岩纤维掺量条件下，沥青混淆料的浸水残留稳定度与冻融劈裂强度比均随着 AC级配公称zui大粒径的增大逐渐减小。随着玄武岩纤维掺量的增加，AC-10、AC-13、AC-20 级配环氧沥青混淆料的浸水残留稳定度与冻融劈裂强度比均呈逐渐减小变革，在玄武岩纤维掺量为 8% 时，三种级配的浸水残留稳定度划分为 91.6%、91.3%、90.6%，较未掺沥青混淆料划分减小 2.6%、1.7%、1.3%；三种级配的冻融劈裂强度比划分为 87.0%、85.7%、85.2%，较未掺混淆料划分减小 2.9%、2.5%、2.1%�；费趿で嗷煜系目顾鸷π阅芙嫌�，在掺入玄武岩纤维后抗水损害能力虽有所降低，但其水稳定性仍满足规范使用要求。

抗疲劳性

玄武岩纤维对差别级配环氧沥青混淆料抗疲劳性的影响纪律如图 5 所示。

玄武岩纤维对差别级配环氧沥青混淆料性能的影响研究

从图 5 可以看出，各玄武岩纤维改性环氧沥青混淆料的疲劳寿命次数均远高于 JTG E20-2011 规范zui低标准；在相同玄武岩纤维掺量条件下，沥青混淆料的疲劳寿命次数随着 AC 级配公称zui大粒径的增大逐渐减小。随着玄武岩纤维掺量的增加，环氧沥青混淆料的疲劳寿命次数呈先增后减变革，在未掺玄武岩纤维时，AC-10、AC-13、AC-20 级配的疲劳寿命次数划分为 119 万次、108 万次、103 万次，而在玄武岩纤维掺量为 6% 时，三种级配的疲劳寿命次数划分为 223 万次、208 万次、168万次，划分增大了 87.5%、92.6%、63.1%，标明了掺入玄武岩纤维能够显著提高环氧沥青混淆料的抗疲劳性，原因是玄武岩纤维具有良好的加筋、增韧及阻裂作用，能够增进结构应力更好地疏散与通报，从而有利于抗疲劳破坏能力的提高。?

结论

（1）在相同玄武岩纤维掺量条件下，环氧沥青混淆料除动稳定度指标外的其它各路用性能指标均随着 AC级配公称zui大粒径的增大逐渐减��；通过增大级配公称zui大粒径可以改善环氧沥青混淆料的高温稳定性，但倒运于其低温抗裂性、水稳定性及抗疲劳性，故建议选择公称zui大粒径较小的级配。

（2）环氧沥青混淆料的动稳定度、zui大弯拉应变及疲劳寿命次数均随着玄武岩纤维掺量的增加呈先增大后减小变革；掺入玄武岩纤维能够有效改善环氧沥青混淆料高温稳定性、低温抗裂性及抗疲劳性。

（3）随着玄武岩纤维掺量的增加，环氧沥青混淆料的浸水残留稳定度与冻融劈裂强度比逐渐减��；掺入玄武岩纤维虽对环氧沥青混淆料的抗水损害能力有所影响，但仍满足规范使用要求。

（4）通过从各项路用性能综合考虑，推jian玄武岩纤维掺量为 6%，有利于提升环氧沥青混淆料的使用性能及寿命。

参考文献：

[1]寸江峰、王淑红，基于不绝航施工要求的机场道面环氧沥青混淆料性能剖析 [J]. 合成质料老化与应用, 2021,50(05):52-55.

[2]郑祯、牟压强、郭大进等，钢桥面铺装用环氧沥青混淆料抗反射裂缝性能试验 [J]. 武汉理工大学学报 ( 交通科学与工程版 ),2022,46(02):303-307.

[3]王盘盘、王双双、甄少华，水性环氧树脂改性乳化沥青混淆料的配比设计及性能研究 [J]. 化工新型质料, 2021,49(01):273-278.

[4]王思其、章郝明、姚波等，环氧铺装养护用冷拌快固树脂混淆料路用性能研究 [J]. 公路, 2020, 65(01): 1-6.

[5]王进勇、陈飞、程谞等，水性环氧 - 乳化沥青及其混淆料性能研究 [J]. 重庆交通大学学报 ( 自然科学版 ), 2020, 39(01): 85-91.

[6]郝增恒、李凯、刘攀等，基质沥青种类对高韧性环氧沥青混淆料性能影响剖析 [J]. 应用化工, 2021,50 (04):965-968,973.

[7]顾晓燕、高剑飞、李惠翔，聚酯纤维用于环氧树脂沥青混淆料增柔及增韧技术研究 [J]. 中外公路, 2022, 42(03):247-250.

[8]刘攀、李璐、盛兴跃等，差别级配类型增韧型环氧沥青混淆料路用性能研究 [J]. 公路, 2019,64(03):38-42.?

[9]钟庆军、全弘彬，道桥铺装用石墨烯复合改性环氧沥青及其混淆料的性能研究 [J]. 中国建筑防水, 2022 (07):5-7,36.

[10]魏志峰，复掺纤维环氧沥青混凝土在桥面铺装中的应用研究 [J]. 合成质料老化与应用, 2019,48(06):58-62.

[11]张婧丽，玄武岩短切纤维对环氧沥青及其混淆料性能的影响[J]. 硅酸盐通报, 2020,39(09):3032-3039.

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B210 独立式气动伺服四点弯曲小梁试验系统 (4PB)

设备名称：独立式气动伺服四点弯曲小梁试验系统 4PB

型? ? ? ?号：B210 KIT

制? 造? 商：意大利Matest-澳大利亚Pavetest

棱柱体小梁四点弯曲试验是 2011 年交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混淆料规程》增加的评价沥青混淆料疲劳性能和丈量劲度模量的很是重要的试验要领。该要领可以在DTS多功效动态试验系统中进行，也可以使用单独式系统，搭配温控情况箱进行试验。尤其关于试验任务量比较大的单位，因为疲劳试验可能连续的时间比较长，几小时到几天、甚至几周。所以配备一套单独式的沥青混淆料疲劳试验系统是很是有须要的。

意大利matest-澳大利亚Pavetest气动伺服四点弯曲疲劳试验机 (4PB) 是接纳数字控制高性能伺服阀，提供高达60Hz的准确加载波形的气动伺服试验仪。四点弯曲疲劳试验机可加载半正弦波和正弦波，受控应变或受控正弦应力控制模式，测试多种尺寸沥青混淆料小梁的弯曲劲度/模量。

产品特点

1.试样通过伺服电机驱动滚珠丝杠牢固夹紧，可始终维持预定的夹紧力，并包管测试历程中试样在爆发屈服变形时仍能被连续夹紧，夹紧力可通过调理电机电流控制

2.两个夹紧开关在仪器前方，用于试样梁的左右两侧和中间侧夹紧点的夹紧和松开。四个试样夹紧框可实现所有加载点和反力点的旋转和横向移动

3.顶部夹紧块的标记线，可资助操作者在夹紧前横向对中试样梁

4.气动伺服系统使用底部气动加载作动器，配备高性能气动伺服阀，PID 闭环控制，运行中的自适应控制，可始终维持测试所需的应力/应变

5.薄型高性能不锈钢圆形荷载传感器，用于实时丈量和控制荷载。主轴位移传感器可实现中间加载框架的准确定位

6.试样外貌位移传感器(On-specimen LVDT)可按设定进行控制并丈量试样梁有效规模内的整体弯曲变形（而不是悬浮式的丈量部分变形的要领），切合相关标准的要求

7.基于 Windows 的 TestLab 软件提供的用户界面，简单、效率高并切合有关国际标准

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