CN1908069B - 一种异型截面中空聚合物纤维改性沥青混合料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种异型截面中空聚合物纤维改性沥青混合料，由常规的密级配沥青混合料和异型截面单孔或多孔聚合物纤维组成。其中，异型截面单孔或多孔聚合物纤维的含量占总重量的0.1～0.5％，该聚合物纤维可以是单孔或多孔的聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维，或由这些纤维组成的混杂纤维。聚合物纤维的“异型截面”是指纤维的横截面可以是任何一种规则或不规则的几何形状，例如十字形、三叶形、井字形、星形、梅花形，或其他任何一种形状。“中空”是指这种纤维不是实心的，而是沿轴向有一个或多个孔的结构。这种异型截面中空聚合物纤维改性沥青混合料具有良好的抗裂性、耐久性、和易性，便于施工；具有良好的低温抗裂性能，韧性好；实施方法简单易行，不必投资新设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种沥青混合料，尤其是一种掺加纤维的改性沥青混合料。
背景技术
沥青混合料是现代高等级道路应用的主要路面材料之一，具有良好的力学性能、低温抗裂性和一定粗糙度，用其铺设的道路路面平整，行车平稳且安全，并有一定的吸音效果，施工方便，可再生利用，在道路建设中得到广泛的应用。
但是在炎热季节，沥青路面在重车作用下容易造成车辙、推拥的永久性变形，在冬季容易造成低温开裂和半刚性基层开裂的反射性裂缝，在雨季及春融季节容易造成坑槽、松散等水损害破坏，导致路表抗滑性能迅速下降，局部龟裂显现，尤其在一些高速公路上更为明显。
70年代以来，研究人员普遍采用纤维改性的方法来稳定沥青并对沥青混合料进行改性。目前采用的纤维大多是木质素纤维(松散的或颗粒的)、矿物纤维或普通聚合物纤维。其中木质素纤维的具有易吸水腐烂、不耐磨、不耐热的缺点，已经逐渐被淘汰。矿物纤维中经常采用的是石棉纤维，这种纤维虽然价格便宜，但是由于会造成污染以及危害人体健康，不符合环保要求，也已经被一些发达国家禁止使用。普通聚合物纤维中，主要应用聚酯纤维、聚丙烯腈纤维，它们使得沥青混合料的疲劳寿命提高25-45％，车辙减少45-53％，但其吸附沥青的能力依然有限，易出现泛油等病害。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服已有技术中的沥青混合料不耐热、吸附沥青的能力有限、易泛油、抗裂性能差等缺点。
为此本发明公开一种异型截面中空聚合物纤维改性沥青混合料，以克服现有技术存在的上述缺陷。该沥青混合料由常规的密级配沥青混合料和异型截面单孔或多孔聚合物纤维组成，其中，异型截面单孔或多孔聚合物纤维的含量占总重量的0.1～0.5％。该聚合物纤维可以是单孔或多孔的聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酰胺纤维，或由这些纤维组成的混杂纤维。
聚合物纤维的“异型截面”是指纤维的横截面可以是任何一种规则或不规则的几何形状，例如十字形、三叶形、井字形、星形、梅花形，或其他任何一种形状。“中空”是指这种纤维不是实心的，而是沿轴向有一个或多个孔的结构。
制备本发明所述的异型截面聚合物纤维改性沥青混合料的设备可以采用常规的热拌沥青混合料拌和设备，如间歇式拌和楼或连续式拌和楼。
制备方法及步骤为：先将制备常规的密级配沥青混合料所需的各种粒径的石料和矿粉以及异形截面聚合物纤维按配合比设计用量置于拌合机中，干拌15～30秒；再按配合比设计用量加入已加热至指定温度(一般是160℃～190℃)的沥青，湿拌20～40秒，即获得本发明所述的异型截面聚合物纤维改性沥青混合料。如果发现纤维在沥青混合料中出现结团、未分散等现象，可适当延长干拌时间10～15秒，以使纤维分散均匀。
也可以采用实验室用小型拌和机制备，制备方法为：按配合比设计用量将几种原料置于拌和机中，充分拌和均匀；加入纤维，干拌约1分钟；再加入已加热至指定温度(一般是160℃～190℃)的沥青，湿拌约90秒；最后加入矿粉，拌和约90秒，即获得本发明所述的异型截面聚合物改性沥青混合料。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)由于异型截面聚合物纤维具有良好的亲油性、耐高温性、柔软性，与木质素纤维或颗粒以及普通聚合物纤维相比可以更好地与沥青混合料相容，因此本发明的SMA混合料沥青膜厚，具有良好的和耐久性能；
2)由于该聚合物纤维具有异型截面，且内部有孔，因此内外具有较大表面积，从而对沥青产生较强的浸润和吸附作用，防止沥青在混合料中的析漏，使得本发明的SMA混合料具有良好的和易性，便于施工；
3)聚合物纤维能够降低混合料的脆化点温度，有效防止裂缝的产生发展，使得本发明的SMA混合料具有良好的低温抗裂性能，韧性好；
4)实施方法简单易行，可利用原有的沥青混合料制备设备直接制备，不必投资新设备。
附图说明
图1为梅花形截面的多孔聚酯纤维的横断面示意图。
图2为十字形截面的单孔聚酯纤维的横断面示意图。
具体实施方式
下面结合实施例详细描述本发明的具体实施方式：
实施例1：
集料：石灰岩，各项性能符合《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)之规定。
填料：石灰石矿粉，各项性能符合《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)之规定。
AC-16矿料级配为：
| 筛孔(mm) | 19 | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率(％) | 100 | 97.6 | 85.4 | 69.2 | 47.5 | 33.5 | 25.7 | 17.6 | 11.7 | 8.7 | 5.6 |
沥青：SBS聚合物改性沥青，PG76-22，油石比5.0％；
纤维：纤维为图1所示的梅花形截面多孔聚酯纤维，掺量为混合料总质量的0.1％。
制备步骤：按照发明内容部分所述的制备步骤制备沥青混合料，并按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的T0702-2000规程和T0703-1993规程制作马歇尔试件和车辙试验试件。
实施例2：
集料：石灰岩，各项性能符合《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)之规定。
填料：石灰石矿粉，各项性能符合《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)之规定。
AC-16矿料级配为：
| 筛孔(mm) | 19 | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率(％) | 100 | 97.6 | 85.4 | 69.2 | 47.5 | 33.5 | 25.7 | 17.6 | 11.7 | 8.7 | 5.6 |
沥青：SBS聚合物改性沥青，PG76-22，油石比5.2％；
纤维：纤维为图2所示的十字形截面单孔聚酯纤维，掺量为混合料总质量的0.2％。
制备方法同实施例1。
实施例3：
集料：石灰岩，各项性能符合《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)之规定。
填料：石灰石矿粉，各项性能符合《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)之规定。
AC-16矿料级配为：
| 筛孔(mm) | 19 | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率(％) | 100 | 97.6 | 85.4 | 69.2 | 47.5 | 33.5 | 25.7 | 17.6 | 11.7 | 8.7 | 5.6 |
沥青：SBS聚合物改性沥青，PG76-22，油石比5.4％；
纤维：纤维为图1所示的梅花形截面多孔聚酯纤维，掺量为混合料总质量的0.3％。
制备方法同实施例1。
实施例4：
集料：石灰岩，各项性能符合《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)之规定。
填料：石灰石矿粉，各项性能符合《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)之规定。
AC-16矿料级配为：
| 筛孔(mm) | 19 | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率(％) | 100 | 97.6 | 85.4 | 69.2 | 47.5 | 33.5 | 25.7 | 17.6 | 11.7 | 8.7 | 5.6 |
沥青：SBS聚合物改性沥青，PG76-22，油石比5.6％；
纤维：纤维为图2所示的十字形截面单孔聚酯纤维，掺量为混合料总质量的0.4％。
制备方法同实施例1。
实施例5：
集料：石灰岩，各项性能符合《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)之规定。
填料：石灰石矿粉，各项性能符合《公路改性沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)之规定。
AC-16矿料级配为：
| 筛孔(mm) | 19 | 16 | 13.2 | 9.5 | 4.75 | 2.36 | 1.18 | 0.6 | 0.3 | 0.15 | 0.075 |
| 通过率(％) | 100 | 97.6 | 85.4 | 69.2 | 47.5 | 33.5 | 25.7 | 17.6 | 11.7 | 8.7 | 5.6 |
沥青：SBS聚合物改性沥青，PG76-22，油石比5.8％；
纤维：纤维为图1所示的梅花形截面多孔聚酯纤维，掺量为混合料总质量的0.5％。
制备方法同实施例1。
5个实施例的性能比较见下表：
不同纤维掺量下AC-16沥青混合料空隙率车辙性能比较
| 实施例 | 纤维掺量(％) | 最佳沥青用量(％) | 空隙率(％) | 动稳定度(次/mm) | 残留稳定度(％) |
| 1 | 0.1 | 5.0 | 5.4 | 3620 | 84.5 |
| 2 | 0.2 | 5.2 | 4.9 | 4900 | 88.6 |
| 3 | 0.3 | 5.4 | 4.1 | 5830 | 93.8 |
| 4 | 0.4 | 5.6 | 4.0 | 5140 | 95.1 |
| 5 | 0.5 | 5.8 | 4.1 | 4100 | 96.7 |
从表中可以看出，随着纤维添加量的增加，混合料的最佳沥青用量明显增加，空隙率降低，抗水损坏性能即残留稳定度得到显著改善。对于表征高温稳定性的车辙动稳定度出现了先增大后见小的情况，这主要是因为当沥青用量过大时，高温稳定性下降。当纤维掺量为0.3％时，动稳定度达到5800/mm次以上，远远超过改性沥青混合料3000次/mm的规范要求。
Claims (4)
1.一种异型截面中空聚合物纤维改性沥青混合料，由常规的密级配沥青混合料和聚合物纤维组成，其特征在于：聚合物纤维具有异型截面和/或中空结构；所述聚合物纤维为聚酯纤维、聚丙烯腈纤维或聚酰胺纤维，或其中的任意两种或三种纤维组成的混杂纤维；所述聚合物纤维的含量为总重量的0.1％～0.5％。
2.根据权利要求1所述的一种异型截面中空聚合物纤维改性沥青混合料，其特征在于，聚合物纤维的异型截面是任何一种规则的或不规则的几何形状。
3.根据权利要求1所述的一种异型截面中空聚合物纤维改性沥青混合料，其特征在于，聚合物纤维的异型截面是十字形、三叶形、井字形、星形或梅花形。
4.根据权利要求1所述的一种异型截面中空聚合物纤维改性沥青混合料，其特征在于，聚合物纤维的中空结构为沿纤维轴向有一个或多个孔的结构。
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