博尼维长安大学试验报告

纤维加强沥青混合料试验报告1、材料沥青为兰炼100#，其基本技术指标见表1.表1沥青针入度25℃（1/10mm）软化度（℃）延度数25℃（cm）密度（g/cm3）兰炼10039945.501000.998矿料为石灰岩、物理力学性质列于表2.表2性质吸水率（%）表观密度（g/cm3）磨耗率（%）石灰岩0.532.36mm2.36mm16.02.78242.7119矿料级配采用AC—16（1）级配范围中值。沥青混合料级配组成见表3.沥青混合料级配组成表表3混合料级配类型及采用值通过下列筛孔尺寸（mm）的矿料重量百分率（%）191613.29.54.752.36AC—16（1）10095~10075~9058~7842~6332~50采用值10097.582.56852.541混合料级配类型及采用值通过下列筛孔尺寸（mm）的矿料重量百分率（%）1.180.60.30.150.75AC—16（1）23~3716~2811~217~154~8采用值302216116纤维博尼维的物化性能如下所列：长度：1/4英寸±1/16英寸（6.35mm±1.58mm）直径：0.008英寸±0.0001英寸（0.02mm±0.0025mm）最小3个丹尼尔。比重：1.36±0.04颜色：自然色（白色）熔点温度：大于480°F（249℃）燃点温度：大于1,000°F（556℃）抗拉强度:517MPa±26Mpa段裂延伸率:33%±9%注:完全断开卷曲性:无BoniFibers是百分之百的聚酯材料和沥青一样,是从石油中提炼的聚酯化产品.在温度-40°F(-40℃)之上时,它将保持其柔韧性。BoniFibers是一种熔纺产品，由美国KAPEJO公司生产。2、工艺及材料制备按照马歇尔法确定出最佳沥青用量为4.5%，纤维用量根据KAPEJO公司推荐采用混合料总重的2.25%。矿料混合料在温度控制为16℃情况下恒温至少两个小时。倒入搅拌锅内，并将准确称重的纤维加入搅拌锅内干拌30~60S，以保证纤维均匀地分布于矿料之中，再加入沥青湿拌30~60S。马歇尔试件按试验规程的要求进行，双面击实每面75次。根据已确定的矿料级配AC—16（1）型中值及沥青用量，采用马歇尔实测密度2.52g/cm3作为控制指标，用轮辗仪辗压制成30×30×cm及30×30×6cm的板，前者为单向辗压成型供车辙试验用，后者切割制成一定尺寸的棱柱体作疲劳和低温J-积分试验。3、高温性能试验结果及分析3.1马歇尔试验结果采用英国ELE公司生产的自动马歇尔仪，并用X—Y记录仪试验结果，经计算得到如表4结果。马歇尔稳定度一定程度上可以反映沥青混合料的高温性能，从试验结果可以看出，加入纤维后，可使沥青混合料的稳定度提高，表明高温性能改善。表4类型稳定度（KN）流值（cm）兰炼100#9.482.03兰炼100＋博尼维12.132.673.2车辙试验结果及分析本试验采用日本三井（DAWIA）公司生产的浸水车辙仪，经改装后可进行车辙试验，该试验机包括制台、稳压器及轮辗装置。试验结果由安装的轮辗装置上的位移传感器反馈到控制台上，并由绘图仪直接绘出时间—车辙变形关系图。做试验时，先将装在成型模子里的试块置于烘箱中恒温60±0.5℃，5小时后移入轮辗置中，并通过自制的控温器直接对试块表面温度进行控制，精度可达±0.5℃。有关试验参数和试验条件如下；（1）试验荷重试验荷重为700N（2）试验温度及试块养生保温时间为了模拟在夏天最不利气候条件下的路面温度，采用60℃为试验温度。试块放入恒温烘箱达5小时，以使试块表面温度均一。（3）辗压轮行走速度行走距离为23±1cm，行走速度调至42±1次/min，行走方向与试块成型时辗压方向一致。（4）动稳定度计算方法45601542ddDS式中：DS—动稳定度（次/mm）；d60——试验时间为60min时试块上的车辙深度（mm）；d45——试验时间为45min时试块上的车辙深度（mm）。车辙试验过程车辙变形量随辗压时间的增长如图1所示：图1车辙发展过程图试验结果计算列于表5表515min（mm）30min（mm）45min（mm）60minDS/（次/mm）兰炼100#兰炼100#+博尼维7.54.89.156.610.28.211.558.9467900从图1及表5比较可以看出，在初期加与不加博尼维的车辙相差不大，而到了后期，两类试件的车辙发展过程有所不同，未加纤维的试件，车辙深度随辗压次数的增加而直线增长，而加了纤维的混合料试件，车辙深度的后期增长比较缓慢，略呈上凸型发展过程。究其原因，这是因为车辙的形成由两个方面的原因构成。（1）沥青层本身的压密，主要发生在初期。（2）随后则主要发生沥青混合料的侧向流动变形，侧向流动变形的大小与矿料的极配，沥青性质及用量等有关。加入纤维与未加纤维对混合料的初期压密变形影响不大，而对后期的侧向流动变形有叫大的影响，按照混合料总重的2.2‰的比例加入博尼维后，大约每立方米有超过18亿根分离的博尼维纤维，纤维吸附及稳定沥青，使沥青的粘稠度和粘聚力增大，同时出于纵横交错的加筋作用，使得混合料具有了较大强度，从动稳定度结果可以看出，博尼维可使混合料的高温抗车辙性能改善。另外，在试验过程中可以观察到未加纤维的混合料试件，在经过一定的辗压次数后，轮两侧出现较大的隆起，而加入纤维后，则不明显。4、低温抗裂性能本试验参考国外沥青混合料，低温评价方法积分试验结果评价加入了纤维前后沥青混合料的低温抗裂性能。试验采用预切口的小梁试件（如图2）进行单点弯曲试验，测定荷载一位移曲线，通过计算曲线下的面积得到破坏时所吸收的总能量UT，而后利用下式计算J积分：)()(adBUUJneeTic式中：η—与裂缝尺寸有关的常数；UT——破坏量的总应变能（N·mm）；Uene——韧性区储存的弹性能；B—梁宽：d—梁高；a—切口深度。当试件长度高比L/d=4，Uene可以忽略，梁刻槽与梁高比（a/d）在0.5~0.7之间，η=0.2则：)(adBUJTic图2刻槽小梁试件规格试验设备；采用美国MTS材料测试系统试验温度：0℃试件尺寸：40×40×250mm，a/d=0.54加荷速率：0.5mm/min试验荷载—变形曲线如图3所示，J—积分计算结果列示表6通过比较可以看出，沥青混合料加入纤维后，可使Jic值有新的提高，说明低温抗裂性能改善，这可以从荷载—变形曲线（图3）得到解释。加入纤维后曲线峰值有所提高，且具有了一定的弹性。这也与纤维良好的物化性能有关，在低温（-40℃以下）仍保持柔性和较高的抗拉强度，故通过加筋作用是混合料具有了较好的柔性，并使混合料的低温抗烈性能增强。图3试验荷载变形曲线混合料的Jic值表6C类型兰炼100#兰炼100#+博尼维Jic（J/m2）120.98166.765、混合料的疲劳试验本试验采用传统的疲劳理论方法研究沥青改性前后的混合料特性的差别，英国诺丁汉大学教授佩尔（P.S.Pell）和美国加利福尼亚大学教授莫尼史密斯（C.L.Monismith）等人通过大量室内试验，经回归分析整理的出关于控制力和控制应变加载模式的疲劳寿命公式：nfKN)1(mfCN)1(式中：Nf—疲劳寿命，即试件破坏时的加载循环次数（次）；k、c、n、m—试验常数，受沥青混合料的成分和特性以及试验温度、加载方式等的影响；—采用应力控制加载模式时，对试件每次施加的常量应力最大幅值；—采用应变控制加载模式时，对试件每次施加的常量应变最大幅值。本试验采用从美国进口的MTS材料试验机，它是一套精密的闭环伺服液压系统，可通过微程序板对试验过程进行控制，试验结果由计算机自动采集。具体试验条件如下：（1）试件尺寸4×4×20cm棱柱体试件（2）加载方式采用简支三分点加载，简之跨径为15cm，双点间距为5cm。（3）荷载波形半正矢波（4）加载频率10HZ（5）试验温度15℃（6）控制方法采用控制应力的加载模式疲劳试验结果列于表7.图4图4疲劳试验曲线从试验结果可以看出，在相同应力比下，加入博尼维后，混合料的疲劳寿命增加。原因是均匀分布的纤维在沥青混合料中的加筋作用，度摸量增加，疲劳特性改善。沥青混合料的疲劳试验结果表7混合料次数应力比兰炼-100#兰炼-100#+博尼维0.1557805887500.2020010301190.258812130450.30465465900.4016012300nffKN)/1(nffKN)/1(K=56.30n=3.65nffKN)/1(K=93.20n=3.56疲劳特性参数K，反映了疲劳曲线的高低。K越大，则疲劳寿命越长，而疲劳坡度参数n反映了出应力比变化情况。纤维加入前后，n值变化不大，而K值有了增加，这同样说明混合料的疲劳耐久性改善。6、结论a)博尼维经搅拌均匀后，分布与沥青混合料中，由于纤维的吸附、稳定及多向加筋作用使混合料的高温稳定性性能改善。b)博尼维在低温下仍呈柔性，且具有较高的抗折强度，混合料纵横交错的纤维具有了较高的弹性，能有效地抵抗温度应力，减少温缩裂缝的产生。同时推断出：各向同性的纤维可以防止反射裂缝的发展。c)由于数量巨大，且均匀分布的纤维使沥青混合料的劲度模量增加。故而沥青混合料疲劳耐久性改善，可以延长沥青路面的使用寿命。