CN101386484B - 聚丙烯纤维二灰碎石基层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

聚丙烯纤维二灰碎石基层材料及其制备方法，涉及道路半刚性基层材料改善技术领域，先将聚丙烯纤维预分散在石灰和粉煤灰中，然后再与集料和水搅拌混合，形成聚丙烯纤维二灰碎石基层材料。优于现有二灰碎石基层材料，特别是其抗开裂性能，其抗弯拉、间接抗拉、温度收缩、干燥收缩、水稳定性等性能相比较二灰碎石材料都有较大幅度的提高。

Description

聚丙烯纤维二灰碎石基层材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及道路半刚性基层材料改善技术领域，旨在发明一种聚丙烯纤维二灰碎石基层材料。

背景技术

目前半刚性基层的开裂问题已引起国内外工程界的广泛关注，国内很多知名科研单位如：交通部公路科研所、第一公路勘察设计院、西安公路交通大学、同济大学等都曾就半刚性基层开裂问题提出了不少改进的措施，取得了一定的成果。

具体措施主要集中在以下几个方面：

①针对路面结构设计；

②针对基层材料本身；

③针对半刚性基层和沥青面层之间的设置及施工工艺；

④针对沥青面层材料本身。

从基层材料本身入手，可以通过进行材料的合理组成设计，调整结合料用量与配比，增加粗骨料含量并严格设计级配，甚至采用间断级配，以尽可能减小其收缩系数，提高其强度，增加半刚性基层材料的抗开裂性能。英国就有通过维持良好的集料嵌锁，将裂缝宽度控制在一定范围内，使荷载传递能力达到最大的所谓开裂控制方法。在国内有很多院校和研究机构对此做了大量的试验研究。

东南大学交通学院和南京机场高速公路管理处根据足够的强度、良好的抗裂性能的原则进行了南京机场高速公路二灰碎石基层的配合比设计，并采用正交试验方法，对配合比设计进行了研究。他们研究的基本原则是：在保证混合料抗压强度的前提下，尽可能减少集料中细料的含量。研究认为：石灰、粉煤灰和细料对二灰碎石最大干容重、最佳含水量的影响程度依次为粉煤灰最大，石灰次之，细料最小。石灰应采用II级以上，石灰剂量不宜大于5％，集料含量应控制在82％左右，并应严格控制二灰碎石中5mm集料含量，尤其是2mm集料含量。

长安大学对沥青路面半刚性基层抗裂性进行了一些研究。该研究分析了半刚性基层集料级配，集料含量，结合料含量及二灰比例对强度、抗裂性、抗冲刷性和抗疲劳性能的影响。提出多种配合比设计方法，包括限制最小粒径的K法以及通过逐级填充进行配合比设计的方法等。采用抗裂系数S来评价半刚性材料的抗裂性能。提出了抗裂性良好的混合料类型，以及配合比设计流程。其推荐的级配见表1。

表1长安大学推荐级配表

 

筛孔尺寸(mm)	31.5	26.5	19.0	13.2	9.5	4.75
							通过率	95～100	80～87	50～65	29～45	16～28	0～10

同济大学和上海沪杭高速公路指挥部对不同级配的二灰碎石材料进行力学性能和干缩性能试验得出了如下结论：

(1)混合料中石灰和细集料含量的减少会导致早期抗压强度的降低。

(2)石灰用量的增加，最大干缩应变和最大干缩系数均增大。

(3)龄期对干缩特性的影响随着龄期的增大，干缩应变和干缩系数均减小。推荐级配如下表2。

表2同济大学推荐级配表

 

筛孔尺寸(mm)	40	30	25	10	5	2.5	1.2	0.6	0.075
										通过率(％)	100	85～93	54～80	30～48	14～34	6～23	4～17	3～11	0～4

上海城建学院的蔡喜棉认为按连续级配理论的I法组成的级配三渣具有较满意的力学性能，同时在面层有适当厚度的情况下可减少或延缓反射裂缝的产生。所采用连续级配集料粒径范围如下表3。

表3上海城建学院推荐级配表

 

筛孔尺寸(mm)	50	40	25	20	10	5	2.0	1.0	0.5	0.074
											I＝0.7	100	94	69	61	41	28	17	12	8	0
级配范围(％)	100	92～96	65～80	58～74	36～59	22～47	13～36	9～27	7～23	0～4

苏州市交通工程质量监督站的潘国进认为，在确保混合料强度和均匀性的前提下，适当增加4.75mm以上粗集料的含量，力求粗集料在混合料中形成骨架；减少4.75mm以下尤其是2.36mm以下细集料的含量，同时控制细集料与石灰、粉煤灰之间的合理配比，可以在总量上降低二灰碎石基层的收缩系数，提高其抗裂性能，同时增加其抗冲刷性能。

南京林业大学以马鞍山钢渣公司的钢渣为研究对象，分析研究了在二灰碎石半刚性基层材料中掺入不同粒径的钢渣，用钢渣部分取代粉煤灰和取代相同粒径的碎石后，混合料无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度、抗压回弹模量以及干燥收缩的变化情况。结果表明：①随着细钢渣掺量的增加，混合料强度和刚度都呈现先增大后减小的趋势；②掺入一定比例的细钢渣后(钢渣：粉煤灰＝1：2)，对混合料的干燥收缩减缓效果较为明显，而掺入粗钢渣后干燥收缩减缓效果不是很明显。

上海市市政工程研究院的孙家瑛提出在二灰碎石基层中掺加一定量的废石膏可以有效的提高早期强度并能减小收缩率，从而达到改善上面层反射裂缝的发生。试验结果表明：废石膏的最佳掺量为35％，废石膏改性后的二灰碎石的7天强度达到摊铺沥青面层的技术要求，且收缩率仅为普通二灰碎石的60％。

国内对二灰碎石路用性能的研究可分为两种途径，一种是通过集料的级配、混合料的配合比调整等手段来改善其路用性能；另外一种是通过掺加其它材料来达到改性的目的。

目前，聚丙烯纤维较多的应用在水泥混凝土中，在较低的掺量下虽不能提高强度，却能阻止温度变化产生的裂缝和塑性收缩裂缝；当掺量较高时，不仅能减少复合材料的脆性，而且能增加基体的强度。另外，有研究表明，聚丙烯纤维对水泥基体的裂缝有搭接作用，纤维对分离的水泥块有牵制作用。因此可以预见，如果在二灰碎石混合料中掺入一定量的聚丙烯纤维，可以提高其弯拉强度，减少收缩增强其抗裂性能，从而改善二灰碎石半刚性基层的路用品质并延长其使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有良好抗开裂性的聚丙烯纤维二灰碎石材料及其制备方法。

聚丙烯纤维二灰碎石基层材料，包括石灰、粉煤灰、集料、水和聚丙烯纤维。

其中，聚丙烯纤维与石灰、粉煤灰总重量的0.1～0.15∶100。

上述聚丙烯纤维二灰碎石基层材料的制备方法是：先将聚丙烯纤维预分散在石灰和粉煤灰中，然后再与集料和水搅拌混合。

另，将聚丙烯纤维分4～5批次预分散在石灰和粉煤灰中。目的是起到实质混合均匀，不产生成团现象。

本发明结合了聚丙烯纤维所具有的优点及二灰碎石目前所具有的抗开裂性能较差的缺点，选用在水泥混凝土改性中已取得较大进展的聚丙烯纤维作为改性剂，采用本发明能获得性能优良的聚丙烯纤维二灰碎石材料，可使所形成的二灰碎石材料性能达到交通部《公路基层施工技术规范》技术要求，其路用性能优良，各项技术指标均优于现有二灰碎石基层材料，特别是其抗开裂性能，其抗弯拉、间接抗拉、温度收缩、干燥收缩、水稳定性等性能相比较二灰碎石材料都有较大幅度的提高。

具体实施方式

1、备料：

分别称取石灰和粉煤灰100kg(其中，石灰可为28.6kg、粉煤灰可为71.4kg)、集料471.4kg、水45.8kg、聚丙烯纤维0.1～0.15kg。

并将聚丙烯纤维分为5等份。

2、制备方法步骤：

先将聚丙烯纤维分5批次预分散在石灰和粉煤灰中，每掺加一次进行机械搅拌。

然后二灰(石灰和粉煤灰)和纤维的混合物与集料和水进行普通机械拌和，制备成掺聚丙烯纤维的二灰碎石基层材料。

3、应用：

将制成的掺聚丙烯纤维的二灰碎石基层材料辅设在基层上，在标准条件下进行养护。

4、检测指标及效果：

通过分析整理，总结掺加聚丙烯纤维后效果如下：

①掺加聚丙烯纤维后，增加了二灰碎石材料的劈裂强度；

②掺加聚丙烯纤维后，提高了二灰碎石材料的抗冻性能；

③掺加聚丙烯纤维后，使二灰碎石材料抗压回弹模量降低，抗弯拉强度增加，抗弯拉回弹模量降低；

④掺加聚丙烯纤维对二灰碎石材料失水率有很积极的影响，水稳定系数提高较大；

⑤掺加聚丙烯纤维后，冲刷率和压折比有所降低，干缩系数下降很大。

结论：综合考虑掺加聚丙烯纤维后二灰碎石材料的各方面性能，聚丙烯纤维掺加到二灰碎石中的作用还是比较明显的。

Claims (3)

1.聚丙烯纤维二灰碎石基层材料，包括石灰、粉煤灰、集料和水，其特征在于还包括聚丙烯纤维，所述聚丙烯纤维与石灰、粉煤灰总重量比为0.1～0.15∶100。

2.一种如权利要求1所述聚丙烯纤维二灰碎石基层材料的制备方法，其特征在于先将聚丙烯纤维预分散在石灰和粉煤灰中，然后再与集料和水搅拌混合。

3.根据权利要求2所述聚丙烯纤维二灰碎石基层材料的制备方法，其特征在于将聚丙烯纤维分4～5批次预分散在石灰和粉煤灰中。