CN107219147A - 一种路用纤维耐热性试验评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种路用纤维耐热性试验评价方法，将含有纤维的沥青混合料，经三氯乙烯反复过滤，可滤除纤维及集料上裹(吸)附的沥青，再经高速离心抽提分离矿粉，经上述步骤后，纤维沥青混合料剩余集料和纤维两部分材料，进一步利用纤维在高温条件下将热熔成粉末的特点，经高温燃烧，通过重量减小量可计算获得纤维质量，与初始加入纤维量比较，计算高温损失百分量判定其耐热性。本发明的试验方法与现有纤维耐热性试验方法相比，可模拟真实的沥青混合料生产工况，采用数据定量定性分析，客观评价，经实际生产工况后，路用纤维在沥青混合料中的存在状态，克服了以往方法采用评价固定温度下纤维的色泽、形状等主观标准的缺点。

Description

一种路用纤维耐热性试验评价方法

技术领域

本发明方法主要应用于道路工程科研、设计及施工领域，特别涉及用于评价各种路用纤维在沥青混凝土生产、施工工况条件下的耐热性。

背景技术

将纤维(聚合物类、木质素类、矿物类等)掺加到沥青混凝土中，可有效提高沥青混凝土的抗高温变形能力、低温开裂能力和疲劳韧性，是近年来道路工程中常用的改性材料之一。纤维尤其是聚合物类纤维往往通过桥连作用，提高沥青混凝土在拉伸作用下的抗拉能力，另一方面，通过吸附一定质量的沥青，形成更为稳定的复合沥青结构，起到稳定混合料的作用，以抵抗高温环境下的荷载变形。

由于沥青混凝土，尤其是改性沥青混凝土，生产温度往往高达170-200℃，而且沥青混凝土从由拌合机生产，到运输至铺筑现场，经过高温摊铺、碾压等工序，完成其成型具备开放交通条件，其间一般要持续3-4个小时，其中温度保持在170度以上，一般至少2-3个小时。因此，纤维在沥青混凝土生产工况下能否仍保持原有的形状、重量以及强度，而不融化将是一个重要因素。

现行《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中，仅就木质素类和矿物类纤维进行了规定，而对于聚合物类纤维未做规定；而中华人民共和国交通行业标准《沥青路面用聚合物纤维》(JT/T 534-2004)技术指标中虽然规定了聚合物纤维和聚合物长纤维的耐热性要求及相应试验方法，但评价指标为“体积无变化”，试验方法为将纤维放入一定温度的烘箱中，2h后观察获得主观评价。上述的两项标准检测方法，无法满足市场应用中对聚合物纤维的质量评价。《沥青路面用木质素纤维》(JT/T 533-2004)技术指标中规定了木质素纤维的耐热性要求及相应试验方法，试验方法也仅是将纤维放置于一定温度烘箱中，2h后观察其外观状态变化，测量质量热损失率，试验条件与沥青混合料的实际工况存在加大差异。总的来说，对于路用纤维的质量评价，缺少可以客观、量化评价的方法和指标。

发明内容

本发明提供一种评价各种路用纤维在热拌沥青混凝土生产、施工工况条件下的耐热性的试验方法。本方法不适用于聚丙烯腈PAN纤维的评价。

发明思路：聚合物纤维、木质素纤维等不溶于三氯乙烯溶剂，且在高温550℃以上条件下，将被热熔成灰粉末，通过抽风装置可从集料混合料中吸出。利用这些特点，将含有纤维的沥青混合料，经三氯乙烯反复过滤，可滤除纤维及集料上裹(吸)附的沥青，再经高速离心抽提分离矿粉，经上述步骤后，纤维沥青混合料剩余集料和纤维两部分材料，进一步利用纤维在高温条件下将热熔成粉末的特点，经高温燃烧，通过重量减少值可计算获得纤维质量，由此，通过纤维在沥青混合料拌合、高温生产过程后，质量的变化，评价纤维在沥青混合料中的热稳定性。即如果纤维在沥青混合料拌合、生产过程中保持稳定，则经上述步骤后，其质量应基本保持稳定；相反，如果纤维在沥青混合料生产环节中已热解，则沥青混合料过滤及高速离心抽提过程中，纤维应随矿粉抽提出来，最终剩余的纤维质量将大幅减小。

一种路用纤维耐热性试验评价方法，所述路用纤维为除高温碳化纤维以外的纤维，包括如下步骤：

(1)按照设计重量比的集料、矿粉、沥青和纤维，称取纤维沥青混合料样品，热拌合均匀，记录样品中的纤维质量m₀；

(2)按照步骤1同样的质量比例，在不添加纤维的条件下，称取不含纤维的比照沥青混合料样品，热拌均匀，作为确定集料热损失标定量使用；

(3)将步骤(1)中纤维沥青混合料样品和步骤(2)中无纤维的比照沥青混合料样品分别盛入洁净的平盘，放置于室内冷却至室温备用；

(4)将纤维沥青混合料和无纤维的比照沥青混合料分别放入沥青抽提仪进行抽提，洗净沥青，高速离心剪切甩出矿粉，将纤维沥青混合料分离为集料、矿粉和纤维，经100－120度烘箱烘干稳定后，称取纤维沥青混合料样品组的集料+纤维质量m₁和矿粉质量m₂；将无纤维的比照沥青混合料样品分离为集料和矿粉，经100－120℃烘箱烘干稳定后，称取集料质量m₃和矿粉质量m₄；

(5)将沥青燃烧炉预热至550℃以上，将步骤(4)中的集料部分放入燃烧炉中，经高温燃烧和鼓风抽提，冷却后，称取烧料后的纤维沥青混合料一组中集料混合物的质量m₁’和无纤维比照沥青混合料一组集料混合物的质量m₃’；

(6)通过无纤维的比照沥青混合料样品计算集料的热损失标定量△m＝m₃－m₃’；

(7)计算纤维混合料中纤维剩余量m₀’＝m₁－m₁’－△m；

(8)纤维耐热性评定：纤维热损率D＝(m₀-m₀’)×100％/m₀；如果D越大，表明该路用纤维耐热性越差。

所述热拌合温度为170-180℃。

所述步骤(3)中混合料样品在冷至室温前于温度为175℃的烘箱中保温3h。

所述步骤(3)中沥青混合料平铺在清洁的平盘。

所述抽提前将纤维沥青混合料和无纤维的比照沥青混合料掰开分散成较小的颗粒。

所述抽提采用自动沥青抽提仪过滤及高速离心抽提，抽提溶剂为三氯乙烯。

所述洗净沥青以过滤回流的三氯乙烯变成透明的浅棕色液体为止。

所述纤维沥青混合料和无纤维的比照沥青混合料至少有三个平行试验，计算时取其平均值。

具体的试验方法及步骤如下：

1)在规定温度下(一般为170-180℃),按照同样的方法和比例，制备3份纤维沥青混合料，记录纤维质量m₀，以及3份无纤维的比照沥青混合料，放入10L或20L沥青混合料拌合锅内拌合均匀；

2)将拌合好的3份纤维沥青混合料和3份无纤维比照沥青混合料，取出分别平铺在清洁的平盘中，将平盘放入温度为175℃的烘箱中，控温3h。

3)将全部6份样品，置于室温冷却至常温后，将混合料掰开分散成较小的颗粒。

4)将6份样品分别放入沥青抽提仪进行沥青抽提。对于纤维沥青混合料一组样品，经自动抽提仪过滤及高速离心抽提后，可分离沥青、矿粉填料、集料以及纤维。观察并记录纤维在混合料中的状态。称取纤维沥青混合料样品一组的集料+纤维质量m₁和矿粉质量m₂；对于比照沥青混合料一组样品，经自动抽提仪过滤及高速离心抽提后，可分离沥青、矿粉填料和集料，称取的集料质量m₃和矿粉质量m₄。

5)将沥青燃烧炉预热至550℃以上，分别将6份经沥青抽提后的混合料放入燃烧炉中，进行燃烧，对于纤维沥青混合料一组样品目的是通过高温燃烧和鼓风抽提，除去混合料中的纤维，对于无纤维比照沥青混合料一组样品目的是通过高温燃烧和鼓风抽提，获得集料经高温分解的热损失量；冷却后，称取烧料后的纤维沥青混合料一组中集料混合物的质量m₁’和无纤维比照沥青混合料一组集料混合物的质量m₃’

6)待经燃烧后的混合料冷却后，称取计算经沥青混合料热拌及3小时保温后的纤维剩余量m₀’＝m₁－m₁’。

7)标定集料热损失量。由于沥青混合料的集料中存在一定的活性成分，在高温燃烧炉加热过程中，这也将导致混合料质量的减少，因此，在纤维与混合料经燃烧炉加热后，应将这一部分质量减少从纤维质量中扣除。因此，试验中同时配置一组比照沥青混合料，相同集料质量、沥青质量的无纤维沥青混合料，经同样的过滤、高速离心抽提及燃烧炉高温，检测烧失量标定值m₃-m₃’。

8)按照步骤(5)和(6)计算纤维沥青混合料经拌合和高温保存后，纤维剩余量m₀’＝m₁－m₁’－△m；

9)将步骤(6)计算所得的纤维剩余量m₀’，可计算获得纤维热损率D＝(m₀-m₀’)/m₀×100％，根据其值的大小评价纤维的热稳定性。

本试验方法基于这一原理，评价纤维在沥青混合料生产温度条件下的热稳定性。

相对于现有技术，本发明的试验方法具有如下的优点及效果：

1)本发明的试验方法与现有纤维耐热性试验方法相比，可完全模拟真实的沥青混合料生产工况，评价经实际生产工况后，路用纤维在沥青混合料中的存在状态，克服了以往方法采用评价固定温度下纤维的色泽、形状等主观标准，与实际生产条件不相符，且无定量评价的缺点；

2)本发明既适用于木质素纤维，也适用于大多数聚合物纤维，除如聚丙烯腈类高温碳化的纤维外，普遍适用。

附图说明

图1自动沥青抽提仪，

图2经三氯乙烯过滤和抽提后的集料和纤维混合料

图3沥青混合料燃烧炉及网篮

图4沥青混合料网篮

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明

实施例1

试验设备和材料

1)10升或20升沥青混合料拌合锅；

2)烘箱，控温精度<±0.5℃；

3)沥青混合料抽提仪；

4)沥青混合料燃烧炉；

5)聚乙烯醇PVA纤维；

6)三氯乙烯溶液；

7)感量精度0.01g天平。

以某工程使用的AC-13纤维沥青混合料设计为实例，其具体步骤如下：

(1)首先，试验用纤维沥青混合料，按照表1的集料级配，集料混合料料重1000g，油石比5％，纤维为沥青混合料质量的3‰。标准试样料重及比例见表2。按照相同的方法称取3份纤维沥青混合料和3份无纤维比照沥青混合料备用。

表1AC-13纤维沥青混合料级配

表2试验用各材料质量

材料	集料	沥青	PVA纤维
				质量g	1000	5.0	3.2

(2)按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)规定的沥青混合料拌合方法，拌合沥青混合料。

(3)将拌合好的3份PVA纤维沥青混合料和3份比照沥青混合料，分别平摊放入方盘中，放入175℃的烘箱中，加热3h后取出，冷却至室温；

(4)冷却后参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中关于T0711-2011沥青混合料最大相对密度试验(真空法)的方法，将混合料分掰成小块备用；

(5)准备沥青抽提仪(见图1)，将6份纤维沥青混合料分别倒入抽提仪的过滤筛中，开启抽提仪，开始自动的三氯乙烯过滤及矿粉抽提，直至将沥青洗净，过滤回流的三氯乙烯变成透明的浅棕色液体。

(6)将经过抽提过滤的纤维沥青混合料和比照沥青混合料样品均(见图2)放入烘箱中(110℃)烘干至恒重，称取烧料后的纤维沥青混合料一组各集料混合料的质量m₁和比照沥青混合料一组各集料混合料的质量m₃。

表5纤维及集料混合料质量试验结果

内容	样本1	样本2	样本3
				纤维沥青混合料m1g	943.6	944.3	945.5
比照沥青混合料m3g	931.0	932.9	932.7

(7)将纤维沥青混合料各组样品的集料与纤维混合料放入燃烧炉的网篮中，平铺于上下两层，尽量均匀分布，称取混合料+网篮的重量。将温度设置560℃以上，加热1h后将网篮取出，冷却至室温，称取混合料+网篮重。前后两次的差值即为经燃烧抽掉的纤维(未经修正的纤维重)。

表6燃烧法测定纤维重量结果

(8)标定。按照(2)-(7)同样的步骤，计算获得比照沥青混合料一组的集料热损失量m₃-m₃’。

表7集料热损失量试验结果

(9)经标定后纤维的质量为m₀’＝m₁－m₁’－△m；

表8修正后纤维质量

内容	未修正纤维重量g	集料热损失量g	修正后纤维重量m0’g
				计算结果	4.7	1.6	3.1

(10)将步骤(9)中获得的修正后纤维质量与初始添加到沥青混合料中的纤维进行比较，通过两者纤维质量的差可评价纤维在沥青混合料生产过程中是否融化、飞散。可计算获得纤维热损率D＝(m₀-m₀’)/m₀×100％，

表9修正后纤维质量

初始纤维添加量g	修正后纤维重量g	质量差值g	纤维热损率D％
				3.2	3.1	0.1	3.1

Claims (8)

1.一种路用纤维耐热性试验评价方法，所述路用纤维为除高温碳化纤维以外的纤维，包括如下步骤：

(1)按照设计重量比的集料、矿粉、沥青和纤维，称取纤维沥青混合料样品，热拌合均匀，记录样品中的纤维质量m₀；

(2)按照步骤1同样的质量比例，在不添加纤维的条件下，称取不含纤维的比照沥青混合料样品，热拌均匀，作为确定集料热损失标定量使用；

(3)将步骤(1)中纤维沥青混合料样品和步骤(2)中无纤维的比照沥青混合料样品分别盛入洁净的平盘，放置于室内冷却至室温备用；

(4)将纤维沥青混合料和无纤维的比照沥青混合料分别放入沥青抽提仪进行抽提，洗净沥青，高速离心剪切甩出矿粉，将纤维沥青混合料分离为集料、矿粉和纤维，经100－120度烘箱烘干稳定后，称取纤维沥青混合料样品组的集料+纤维质量m₁和矿粉质量m₂；将无纤维的比照沥青混合料样品分离为集料和矿粉，经100－120℃烘箱烘干稳定后，称取集料质量m₃和矿粉质量m₄；

(5)将沥青燃烧炉预热至550℃以上，将步骤(4)中的集料部分放入燃烧炉中，经高温燃烧和鼓风抽提，冷却后，称取烧料后的纤维沥青混合料一组中集料混合物的质量m₁’和无纤维比照沥青混合料一组集料混合物的质量m₃’；

(6)通过无纤维的比照沥青混合料样品计算集料的热损失标定量△m＝m₃－m₃’；

(7)计算纤维混合料中纤维剩余量m₀’＝m₁－m₁’－△m；

(8)纤维耐热性评定：纤维热损率D＝(m₀-m₀’)×100％/m₀；如果D越大，表明该路用纤维耐热性越差。

2.根据权利要求1所述的评价方法，所述热拌合温度为170-180℃。

3.根据权利要求1所述的评价方法，所述步骤(3)中混合料样品在冷至室温前于温度为175℃的烘箱中保温3h。

4.根据权利要求1所述的评价方法，所述步骤(3)中沥青混合料平铺在清洁的平盘。

5.根据权利要求1所述的评价方法，所述抽提前将纤维沥青混合料和无纤维的比照沥青混合料掰开分散成较小的颗粒。

6.根据权利要求1所述的评价方法，所述抽提采用自动沥青抽提仪过滤及高速离心抽提，抽提溶剂为三氯乙烯。

7.根据权利要求6所述的评价方法，所述洗净沥青以过滤回流的三氯乙烯变成透明的浅棕色液体为止。

8.根据权利要求1所述的评价方法，所述纤维沥青混合料和无纤维的比照沥青混合料至少有三个平行试验，计算时取其平均值。