文摘

本研究的目的是确定完成的影响应用于聚酯纤维沥青粘结剂的性质和乳香。沥青粘结剂混合了从纤维中提取完成,和乳香也由粘结剂和纤维(有或没有完成)隔离终点的影响。结果表明,原油来源扮演着重要的角色在纤维完成如何影响绑定和乳香。另外不同的完成对粘合剂性能有不同的影响。本研究的主要发现是,不同的聚酯纤维,即使是来自同一制造商,不一定执行相同的沥青混合料。重要的是使用兼容特定的纤维沥青粘结剂被使用是因为绑定源的意义之间的交互完成和粘结剂。

1。介绍

利用纤维在沥青混合物中并不是一个新概念;事实上,它已经使用自1900年代初当沃伦兄弟公司的波士顿,MA,获得专利的使用石棉纤维在沥青板(1]。纤维的目的基本上是稳定的混合物和防止出血沥青在热的天气服务。使用石棉纤维在沥青施工仍在冷铺沥青路面,防止偏析的总施工期间(1]。使用纤维热拌沥青(协会)直到1950年代末才来美国陆军工程兵团时,沥青研究所的约翰-曼维尔有限公司一个石棉纤维制造商发起的第一评价热拌沥青混凝土(石棉纤维1]。本研究的结果表明混合物中含有石棉纤维抗拉强度的增加,抗压强度、稳定、维持负载能力达到最大稳定后,和抗风化。

Kietzman等人后来确定混合物含有石棉纤维的沥青含量可以增加50%或更多以上混合物的最佳沥青含量控制在不牺牲路面性能。当混合物保持稳定与粘结剂含量高纤维混合物,耐久性测试的改善是显而易见的从路面部分恢复粘合剂。渗透和延性值恢复粘合剂在混合物含有高纤维相比没有纤维的混合物(2]。

Kietzman的结论被证实Zuehlke在1960年代早期的评价沥青混凝土的马歇尔和弯曲特性包含相同石棉纤维的混合物。本研究的结果也表明,纤维的加入增加了稳定性和负荷能力后最大的稳定性。断裂模量,使用中心点弯曲试验测试,含纤维的混合也提高了混合没有纤维在高温和低测试(38和4°C)。这项研究还评估混合用高于最佳粘结剂的性质所确定的内容从混合设计(上涨2%)。粘结剂含量高的测试混合物产生减少敏感性的石棉混合比控制混合粘结剂相同的内容(3]。这表明能达到更高的粘结剂含量没有显著牺牲力量,从而提高耐久性的混合物Kietzman就证明了这点。

沥青混凝土路面车辙的混合含有石棉纤维也研究了斯皮尔和Kietzman [4]。这项研究调查了车辙沥青混凝土混合物使用实验室的潜在交通模拟器的机器。含有石棉纤维的混合显示,常规阻力显著增加。

研究涉及使用热拌沥青混凝土混合物继续使用石棉纤维,钢和玻璃纤维5,6]。在1970年代,与健康和环境问题与石棉纤维的使用,相关研究人员转向其他类型的纤维用于沥青包括聚酯和聚丙烯等合成纤维和矿物纤维如岩棉、矿渣棉。1980年代带来了更多的研究使用合成纤维,防止,或至少延缓,热拌沥青混凝土路面开裂(例如,反射开裂)。使用合成纤维为强化探索由于高强度的优点和耐久性。钢纤维,抗拉强度高,腐蚀暴露在水(7),从而降低纤维的有效性。

在1980年代末弗里曼等人的研究得出结论,聚酯纤维,同时增加了最佳沥青含量,提供了增强的协会混合物测试(7]。纤维的增强能力明显增加韧性和灵活性的混合。这些聚酯纤维的性能类似于石棉纤维包括在研究Kietzman和Zuehlke在1960年代。聚酯纤维不仅增加了混合物的韧性,但也明显减少了水分敏感性的混合生产更高的抗拉强度比控制混合物没有纤维。

聚酯纤维的增强功能在这一领域研究证明毛雷尔,Malasheskie四土工织物,一个应力吸收膜层间包含聚酯纤维(萨米),和一个聚酯纤维增强协会表面层被用来防御反射裂缝在宾夕法尼亚州(8]。研究结果表明,该协会混合物含有聚酯纤维表现出第二高相比减少反射裂缝控制混合物。土工织物的一个显示最高减少反射裂缝。证明其有效性减少反射裂缝时,协会混合物含有聚酯纤维也最便宜和最简单的替代从施工角度相比,其他治疗方法。江也得到类似的结果,McDaniel聚丙烯纤维被用来加强协会混合物在印第安纳州(9]。协会混合物含有聚丙烯和聚酯纤维在维吉尼亚州也显示增加抵抗水分损失和发情的10]。

增加使用多孔沥青,open-graded摩擦课程(大),和石头基质沥青(SMA)在道路建设提出了纤维沥青混合物的不同的角色。虽然不需要补强,增加了纤维等混合物稳定添加剂。作为稳定剂,纤维的主要作用是防止沥青粘结剂的比例相对较高的排水的混合物。纤维用作稳定剂主要包括纤维素纤维和矿物质(如矿渣棉和岩棉)。纤维素纤维在预防粘结剂的有效性draindown Decoene多孔沥青混合物是证明了在1980年代末(11]。这项研究表明,多孔混合物没有纤维素纤维丢失,平均大约13.5%和17%的粘合剂在篮子排水和Schellenberger排水试验,分别。添加0.3%的纤维素纤维的混合物总重量显示大幅减少粘合剂排水甚至粘结剂含量更高。

矿物纤维已被许多国家的首选纤维用于大混合由于其稳定的能力。纤维素是不经常使用,即使它有更好的稳定能力比矿物纤维(12),由于担心有机纤维素纤维会吸收水分,因此,很容易在田间水分损失(13]。厄尔等人的研究得出结论,纤维素纤维进行相对矿物纤维,对水分敏感,在现场和实验室13]。

在SMA混合料,纤维还添加了稳定添加剂。矿物质和纤维素纤维都是典型的在SMA纤维使用。其他材料用于稳定包括聚合物(14]。一项由斯图尔特和Malmquist评估不同稳定剂的性能在马里兰州SMA混合15]。稳定添加剂在这个研究包括了两个松散的纤维素纤维,一个球状的纤维素纤维,一个松散岩棉的纤维,和两个聚合物。本研究结果表明,纤维减少排水沥青粘结剂的混合比聚合物更有效,同时显示类似的抗车辙,低温开裂和水分损失包含聚合物的混合物。

Putman Amirkhanian也评估不同纤维类型的性能在SMA混合16]。这项研究的结果表明,四种不同的纤维评估(纤维素纤维、废尼龙地毯纤维、废轮胎纤维和聚酯纤维)执行同样对间接抗拉强度、水分的敏感性,发情的阻力。此外,他们强调了稳定能力(能够防止粘合剂draindown)不同的纤维。

最全面的研究fiber-modified沥青是由Serfass和Samanos17]。纤维包括在这项研究包括石棉、岩棉、玻璃棉,纤维素纤维。测试进行沥青乳香(沥青粘结剂和纤维),沥青混凝土(沥青粘结剂、纤维和细砂),薄沥青混凝土,和多孔沥青混凝土混合物。研究结果得出结论:测试纤维有能力稳定和加强乳香,最终导致水分,富裕和有高电阻老化、疲劳、和开裂。添加纤维也减少了温度敏感性提供抗车辙沥青混合料在高温和耐开裂在较低的温度。

已经有大量的研究在纤维在沥青混合料的影响,和聚酯纤维的使用已经在实验室和现场研究评估。然而,并非所有的聚酯纤维都是相同的。而从纤维到纤维材料是一样的,表面往往是在生产过程中被修改。当聚酯纤维生产,完成后通常应用于纤维纺纱和绘画过程。具体完成应用于纤维或纱线取决于纤维的最终用途。典型的完成应用于控制静电荷的积聚,加强润滑协助绕组和包装。这种类型的完成通常是油和水化合物不兼容。为了解决这个问题,表面活性剂和分散剂通常也包括帮助分散的纤维18]。

本研究的目的是确定纤维的影响完成沥青粘结剂的性质和乳香。为了实现这一目标,研究分为两个阶段。第一阶段的目的是确定完成应用于纤维在制造有任何影响沥青/纤维胶粘剂的性质。这涉及一个聚酯纤维产品的评价与多个绑定成绩和来源。在阶段2中,额外的聚酯纤维具有不同的完成与一个活页夹进行评估,以确定不同的完成如何影响沥青结合料的性质。

2。实验材料和方法

这个两阶段研究的实验设计流程图如图所示1。

2.1。第一阶段:完成纤维对沥青的影响/纤维乳香

在第一阶段,一个聚酯纤维是评估两个活页夹的成绩(PG 64 - 22和PG 76 - 22)两种不同的原油来源。纤维在此阶段评估符合纤维被批准用于沥青混合物如石基质沥青(SMA)和open-graded摩擦(大)混合物许多高速公路机构。总结了纤维的属性表1。两个不同的粘结剂的成绩和来源被选为这一阶段确定纤维的影响完成粘合剂年级或源的依赖。总结了每个绑定的属性表2。

如图1(一),每个绑定测试有四个不同的治疗:粘结剂作为交付(控制)、粘结剂与纤维提取完成(提取),胶粘剂的粘结剂与纤维交付未洗的胶粘剂,胶粘剂的粘结剂和纤维在完成删除(洗砂胶)。分别讨论每个治疗的准备。

控制标本没有以任何方式处理。沥青粘结剂进行了测试,从终端接收。

提取标本准备首先从纤维提取完成,然后与粘结剂混合提取的完成。从纤维提取完成,3克纤维在玻璃烧杯,覆盖着150毫升的三氯乙烯,激动用抹刀3分钟。混合搅拌后,被允许坐在安静的5分钟。三氯乙烯是倒在一个过滤器到另一个玻璃烧杯分离纤维的三氯乙烯和完成的解决方案。包含三氯乙烯的烧杯放置在110°C的烤箱,直到所有的三氯乙烯已经蒸发了只留下纤维完成。冷却后,300克的沥青粘结剂添加到包含干完成的烧杯和混合彻底抹刀。粘结剂的温度大约是163°C。

未洗的胶粘剂标本准备用300克混合3克纤维沥青粘结剂用抹刀直到纤维完全润湿粘合剂。纤维在这种情况下被包含在他们的应用基条件和沥青粘结剂被加热到约163°C。

洗砂胶标本准备以同样的方式作为平民百姓的乳香标本除了纤维的终点是冲洗掉。洗完的纤维,是重15克纤维玻璃烧杯,覆盖着300毫升的三氯乙烯,激动用抹刀3分钟。混合搅拌后,被允许坐在安静的5分钟。三氯乙烯是倒在一个过滤器和废弃的纤维分离三氯乙烯和完成的解决方案。洗纤维被放置在另一个烧杯和放置在一个110°C的烤箱,直到纤维达到一个恒定的质量。冷却后,3克洗纤维与300克混合沥青粘结剂和混合抹刀直到纤维完全润湿。粘结剂的温度大约是163°C。

每个绑定测试每个治疗其未老化的状况使用标准Superpave沥青粘结剂测试程序来确定沥青粘结剂的性质和乳香在高和低的温度。的粘度控制和提取治疗决定/ T AASHTO 316使用第27号主轴旋转的速度20 RPM。10.5克的标本被用于所有的测试,测试温度为135°C的所有标本。胶粘剂的粘度治疗并不像很难测量的测量10.5克乳香的样品管和粘度值非常高。

绑定的流变特性和高在职乳香的温度测量使用动态剪切流变仪(域)根据AASHTO 315 T。25毫米的平行板设置有1毫米的差距是用于所有域的测试。测试温度为64°C或76°C的PG 64 - 22和PG 76 - 22沥青粘结剂,分别。

每个治疗的弯曲蠕变刚度确定使用弯曲梁流变仪(BBR) AASHTO 313 T。同样,标本未老化的测试温度是−12°C的所有绑定。

最后,凝胶渗透色谱法(GPC)是用来测量相对分子大小分布(MSD)的粘结剂和胶粘剂处理按照程序所使用的核和Amirkhanian19]。水域1515权力平等主义的高效液相色谱泵是用于与水域2414示差折光检测器。使用的溶剂四氢呋喃(四氢呋喃),稀释比例是400:1(溶剂:粘结剂),注入量是50μL,洗脱时间是30分钟。两列用于GPC分析:一个Styragel HR3孔隙大小的1000和一个Styragel HR3 4 e混合床。

每个标本是由重0.006 - 0.008 g的粘结剂成4毫升瓶。适量的四氢呋喃接着说,瓶是密封的,激动,直到粘结剂完全溶解。binder-solvent混合物然后转移到一个5毫升注射器,是透过一个0.45μm注射器过滤器到空4毫升瓶。一个不漏气的注射器被用来获得100μL的材料从空气瓶后删除,然后瓶是密封的。

控制排水绑定被用作粘结剂和胶粘剂的标准进行了比较。出于这个原因,更多的复制被用于控制绑定来建立适当的为每个绑定源片宽度。此外,一个控制瓶测试开始和结束的每一天一个给定源的测试,以确保测试设置产生一致的结果。

HP-GPC测试结果的分析是通过将每个控件色谱分为13片等于每个源的宽度。大的分子大小(LMS)、中分子大小(MMS),和小分子大小(SMS)限制被确定为洗脱时间片5月底,9和13,分别20.]。LMS, MMS,和短信限制平均为每个控制粘结剂。这些平均限制被用作限制同一来源的绑定。

2.2。第二阶段:完成纤维对沥青结合料的影响

在阶段2中,三个额外的聚酯纤维具有不同的完成进行评估与PG 64 - 22活页夹在第一阶段原油来源。纤维6纤度,长6.35毫米,100%涤纶,都是由不同的制造商提供比在第一阶段使用。这制造商被选中,因为他们生产纤维为各种不同的应用程序和他们有不同的纤维为每个应用程序完成配方。

这个阶段的研究中,一个类似的过程被用来提取完成从粘结剂几个差异根据制造商的建议。从纤维提取完成,是重6克纤维玻璃烧杯,覆盖着150毫升的甲醇,并使用铲子搅拌1分钟。搅拌后,另一个50毫升的甲醇是添加到纤维。烧杯然后覆盖铝箔被允许站原状60分钟后,甲醇在过滤器倒到另一个玻璃烧杯纤维分离甲醇和完成的解决方案。去除多余的纤维挤压甲醇。包含甲醇的烧杯是放置在一个105°C的烤箱,直到所有的甲醇蒸发只留下纤维完成。冷却后,烧杯是称重和600克的沥青粘结剂添加到包含干完成的烧杯和混合彻底抹刀。粘结剂的温度大约是163°C。

控制和提取绑定进行评估使用标准绑定测试程序如图1 (b)。未老化的粘结剂进行了测试使用旋转粘度计(AASHTO T316),安全域(AASHTO T315), BBR (AASHTO T313),和直接的拉力试验机(德勤)(AASHTO T314)。绑定是然后使用旋转薄膜烘箱老化(RTFO) AASHTO T240和RTFO残留测试使用岁DSR和进一步使用老化的压力容器(奶油水果蛋白饼)使用温度为100°C AASHTO R28。长期在活页夹的奶油水果蛋白饼测试使用DSR, BBR,德勤。

3所示。结果与讨论

这项研究的结果都包含在数据2- - - - - -16。进行了统计分析,以确定每个测试结果之间的明显差异为每个治疗。一个t以及为最小显著差(LSD)是用于此目的的信心水平(95%)。的结果t以及数据还包括为每个绑定源内治疗至少有一个共同的信没有显著不同。

3.1。第一阶段

图2提供了一个比较每个粘合剂的粘度结果的控制和提取治疗。结果表明,粘度中观察到的一些差异。虽然差别不大,但在统计学上显著差异。对粘合剂的成绩从源代码,包含提取展出的粘合剂粘度显著高于控制粘结剂。源B,没有显著差异之间的粘度的控制和提取治疗PG 64 - 22粘合剂。提取,然而,有一个显著的减少影响粘度的PG 76 - 22 b从源代码。这些结果表明,原油来源有助于纤维完成如何影响粘结剂的粘度与混合。

数据3和4说明DSR试验的结果为每个未老化的粘结剂和治疗。图3比较了车辙因子(为每一个活页夹和治疗)。对于所有绑定,提取完成略有增加控制相比,但差异不显著。源一个绑定的对下层人民的纤维砂胶比洗纤维乳香。只有重要的差异从源代码PG 64 - 22 a这一趋势可以归因于粘度增加纤维的效果完成。的趋势是相反的B绑定的来源未洗的纤维的乳香低于洗纤维乳香。然而不同之处在于不显著。这种趋势是一致的低粘度的结果包含提取纤维的粘结剂,而不是绑定的结果。

相位角()是一个衡量沥青结合料的能力恢复从给定deformation-the降低越多,它像一个弹性固体,因此能够从变形中恢复过来。对于所有绑定,纤维完成了相角(图上没有显著的影响4)。纤维添加到绑定时,有一些显著的差异未洗的,洗纤维乳香,但是每个绑定的趋势是不同的来源。洗纤维显著增加对于成绩的粘结剂和未洗的纤维。的趋势是相反的源绑定,但仍显著的差异。这也可能与纤维的影响完成的粘度绑定。随着粘结剂的粘度增加,变得更像一个固体,因此较低相角,反之亦然。

图5总结了蠕变刚度()的结果在−BBR测试12°C。刚度结果也显示不同的趋势不同的粘结剂来源。纤维完成有一个微不足道的增加刚度与提取的完成而从源代码控制PG 76 - 22 a纤维乳香的趋势持续的刚度较高的下层人民的纤维比洗纤维。这种差异也不显著。源B绑定的结果显示一个相反的趋势比源a纤维B完成一般的刚度降低源绑定(尽管不明显),这是比较明显的控制提取和洗砂胶未洗的胶粘剂。

的米值结果相同的趋势提供了其他的结果(图6)——源来源B绑定的绑定执行相反的混合纤维完成时绑定,要么有或没有纤维。源绑定,完成略有减少米值与对照组相比,但并不显著。添加了纤维时,米值明显低于没有纤维。源B再次绑定不同反应终点略有增加米价值比控制,但并不显著。

粘结剂和胶粘剂测试的结果显示,两种粘结剂来源通常有不同的反应(或)完成应用于特定的纤维在此阶段评估。绑定的一个来源,乳香通常遵循的趋势表现出绑定(例如,当完成增加,未洗的纤维胶粘剂有较高比未洗的纤维砂胶)。这是对于所有的属性除了蠕变刚度和米价值的PG 64 - 22粘合剂从源答:这种行为只是观察到蠕变刚度的源绑定。这表明绑定源会影响纤维的效果完成的粘结剂的行为。

一般来说,完成纤维增加了高温和低温刚度(和、职责)的源绑定和乳香。然而,对于源B,完成高温刚度增加(绑定的),同时减少乳香的值。至于低温刚度,完成的效果是相同的绑定和mastics-reduction刚度。

获得的理解的影响完成绑定和乳香,分子大小分布(MSD)的粘结剂和胶粘剂使用GPC量化。GPC结果包括在图中7揭示了相反的趋势之间的绑定和粘结剂的不同等级的乳香不管粘结剂的来源。对粘结剂来源,纤维完成一般相对减少LMS PG 64 - 22绑定和乳香的内容。PG 76 - 22的绑定,绑定上的纤维完成有一个相反的效果比乳香的两个来源。这可能表明,聚合物修饰符(SBS)影响粘结剂之间的相互作用和终点的纤维。在所有情况下,LMS内容减少,短信的内容也在不断增加。这是典型的趋势因为LMS含量相对减少,并转移到小分子大小(短信和彩信功能)。然而,MMS通常保持相对不变,通常看到的短信分数的区别。应该注意的是,与粘结剂和胶粘剂性能一样,许多不同的GPC结果并不显著。

GPC分析还揭示了一些意想不到的结果。通常情况下,沥青结合料的LMS内容并与粘度有直接相关性(20.,21]。对于这个测试,然而,这种趋势不一致存在。然而,PG 76 - 22乳香跟随趋势的LMS增加,那么。相同的关系是蠕变刚度的PG 76 - 22乳香。

GPC结果的进一步分析PG 64 - 22绑定表明LMS的洗纤维乳香显著大于控制粘结剂。在这两种治疗纤维完成不存在。LMS的显著增加和减少在SMS短信可以表明,一些粘合剂部分吸收了裸露的纤维。这个结果是未洗的未见纤维胶粘剂由PG 64 - 22粘合剂从源代码,这可能表明,纤维完成防止轻粘合剂分数被纤维吸收。

3.2。第二阶段

本研究的第二阶段,三种纤维从另一个制造商,每一方都有一个不同的完成进行评估来确定粘结剂的影响。图8总结现在完成的数量在每个纤维。虽然每个完成的化学不能披露的制造商,很明显,每个纤维应用有不同数量的完成。

如图9、提取粘结剂的粘度增加,而提取没有这样的效果。同时对粘度的影响很小,数据具有统计上的显著差异。不幸的是,没有足够的测试材料提取粘度测量。

图10介绍了结果原并RTFO年龄绑定。未老化的粘结剂,提取显著降低了,而提取和没有显著的影响。RTFO短期老化后,提取显著增加了和提取减少了,但这并不显著降低。这一结果表明,不同的完成影响老化的影响高温粘结剂的刚度属性。

的岁的奶油水果蛋白饼图展示了绑定11,结果表明,纤维的结束都没有任何重大影响的刚度绑定在中间路面温度。此外,数据12和13总结老年人的低温刚度和未老化的绑定。与,完成没有任何影响低温蠕变刚度或m值。粘合剂刚度之间的类似的趋势预计在中间和低温高刚度在低温(低温开裂问题)通常收益率更高的刚度在中间温度(与疲劳相关的问题)。

纤维完成评估的真正意义在这个研究是绑定的低温拉伸性能数据的总结14,15,16。提取大大减少了拉伸性能(强度、应变和弹性模量)的粘结剂未老化的状况。此外,提取减少未老化的抗拉强度和应变的条件;然而,弹性模量没有显著影响。提取的奶油水果蛋白饼年龄绑定和导致抗拉强度显著降低,但拉伸应变和弹性模量的控制。提取造成的显著减少老化后没有明显的未老化的粘合剂表明完成影响老化性能的粘合剂。这也是见过的提取的结果。

4所示。结论

本研究评估的影响,完成应用于聚酯纤维对纤维和沥青粘结剂之间的相互作用。影响测量使用粘结剂混合提取完成乳香用粘结剂和纤维(有或没有完成)。研究分为两个阶段。在第一阶段,两个粘结剂的来源与一个纤维和两个活页夹的成绩进行评估。结果表明,原油来源有助于纤维完成如何影响绑定和乳香。这可以从相反的效果,完成对来自不同来源的绑定属性。进一步研究利用GPC显示中使用的聚合物修饰符(SBS) PG 76 - 22绑定在这个研究可能影响粘结剂之间的相互作用和终点在乳香纤维。GPC分析结果还表明,纤维完成可能影响纤维/粘结剂交互通过阻止轻粘合剂分数被纤维吸收。

从这项研究的第二阶段的结果,很明显,不同的完成一些粘合剂特性有不同的影响(主要是拉伸性能)。提取的效果对未老化的粘合剂表明有一个削弱效应发生在纤维的粘结剂包含这个特殊的完成与粘结剂混合。在提取的情况下老化后,效果才意识到,这可能表明,完成有点加速氧化衰老的化学粘结剂在低温下使其更脆弱。这种不利影响拉伸性能的粘结剂可能表明纤维完成可能会影响纤维的低温行为修改如果不选择一个兼容的纤维混合物为应用程序。它也是有趣的,完成应用于纤维的数量不是一个重要因素。

本研究的主要发现是,不同的聚酯纤维,即使是来自同一制造商,不一定执行相同的沥青混合料。而纤维材料是相同的,不同的完成应用于纤维是出于不同的原因。重要的是使用兼容特定的纤维沥青粘结剂被使用是因为绑定源也有显著的影响在完成与粘结剂之间的相互作用。