文摘
沥青结合料的价格已经急剧增加由于油价上涨和交通量的增加发生。这种情况促使呼吁更大的粘度,低成本的沥青路面施工,和替代材料的发展流变效应,更便宜,并且减少对人类健康和环境产生负面影响。研究了纤维在沥青混合料中的应用在过去的几十年里,世界各地提高路面性能。本研究对三种类型的沥青粘结剂与两种类型的纤维:修改过布朗回收羊毛纤维(BRWF),本地可用在伊拉克,和中国聚酯纤维(CPF),这被认为是浪费,产生fiber-modified沥青粘结剂。样品进行了使用传统物理测试(渗透,软化点和旋转粘度测试)以及动态剪切流变仪(域)测试。原沥青粘结剂相比,fiber-enhanced沥青粘结剂有更大的软化点、粘度和复杂的模量,但渗透率下降。测试表明,利用这两种纤维改性沥青粘结剂,从而提高其高温性能提高的品位控制绑定(PG)。沥青结合料刚度的增加预期增强路面车辙阻力。因此,这些纤维可以用作沥青粘结剂和添加剂沥青混合,以提高它们的性能。
1。介绍
纤维越来越多地从事科学研究和技术实践随着现代经济的发展。当谈到延长基体材料的使用寿命,使用纤维作为增援部队经常可以提供更大的经济和性能优势1- - - - - -4]。许多公路工程领域的研究人员研究了沥青混合钢筋与各种纤维和发现自然和合成纤维可以显著提高沥青粘结剂的性能和沥青混合物(5- - - - - -7]。纤维主要是与沥青在沥青混合,混合和两个一起在沥青混合物中起到了关键的作用。一些研究表明,纤维对沥青的影响密切相关影响沥青混合料(8,9]。
沥青混合料的性能可能会大大增强,沥青路面的使用寿命可以延长一个特定数量的纤维添加到沥青粘结剂或混合物。因为他们的杰出性能和低成本、纤维增强沥青混合料广泛应用于各种道路等级(10- - - - - -14]。所使用的类型的纤维加强沥青混合技术的进步也正变得更加多样化。许多纤维在沥青混合物来提高性能,包括石棉、木质素、聚合物、玻璃、和玄武岩纤维(15- - - - - -19]。总之,主要有两种类型的纤维应用程序:(a) open-graded和间断级配沥青混合料,主要是为了减少沥青流走,提高抗拉性能,和(b)增加厚级配混合的发情的电阻(20.,21]。在这方面,广泛的发现在各种类型的纤维的功效。然而,大多数的这些发现来自mixture-scale研究而不是binder-scale研究。
纤维特性的影响(长度、附着力、吸收和肿胀)沥青是复杂的。纤维被添加到沥青,以改善其粘弹性特征,例如,通过增加沥青的粘度和刚度(22]。纤维通常用于石基质沥青和间断级配混合防止粘结剂流失在混合和压实23,24]。纤维加强沥青砂胶形成一个三维网络和吸收沥青粘结剂和坚持混合22,25]。纤维还可以提高抗湿性(26),抗疲劳强度27- - - - - -32)、发情的阻力和蠕变柔量(22,24,27- - - - - -29日,33]。
数据的影响纤维素基纤维对沥青的物理和流变特性可以分为粘合剂尺度的基础上,测试温度水平。低温最常见的技术分析与弯曲梁流变仪(BBR)和中间/高温水平使用动态剪切流变仪(域)。当不同类型介绍了纤维素纤维的粘结剂在低温下,文献表明,粘结剂增强刚度(34]。的橡胶纤维,另一方面,证明能够降低刚度相同的研究。复杂的剪切模量的研究发现,fiber-added沥青复合玫瑰在中间和高温,这可能会导致增强发情的阻力的绑定和扩展规模的混合。此外,包含不同的纤维减少沥青粘结剂的相位角,增加沥青的粘弹性特征的弹性组件绑定(35]。
许多研究把重点放在了纤维的影响改性沥青的流变特性近年来绑定。例如,陈等人。22]表明,添加纤维素纤维的沥青粘结剂粘结剂对温度变化的敏感性降低,改善其性能与高温损伤如发情的。修改后的粘结剂表现出更强的抗车辙比控制样本,根据他们的研究结果。你们和吴35]看着粘结剂的特征已改变了纤维素纤维,发现纤维增强弹性粘结剂的粘弹性行为的组件,增加其硬度和粘度,改善其抗永久变形。用针入度试验调查fiber-modified绑定的流变特征,发现纤维的数量有一个实质性影响粘结剂的软化点,渗透值和粘度。纤维增援的数量增加到一个特定的值,根据纤维的类型和长度,增加的影响(36]。
你们和吴37]研究了纤维增强沥青粘结剂的流变特性。纤维素纤维、聚酯纤维和矿物纤维用作添加剂浓度为0.1,0.3,0.5,1%,沥青结合料的重量。实验结果表明,粘性和复杂的剪切模量(G )纤维增强绑定都增加了纤维,特别是聚酯纤维,这表明纤维添加剂的使用可以增强沥青粘结剂的刚度。沥青的粘弹性行为的弹性部分绑定也增强了纤维的加入,表示的相位角 。
Muniandy et al。38)进行了一项调查,以确定fiber-modified沥青的流变特性。这项研究是利用进行大量的石油生产日期棕榈树纤维素纤维用作添加剂沥青粘结剂。控制内容(0%)和五个百分比的纤维含量(0.075,0.15,0.225,0.3,0.375%)总额的重量与沥青粘结剂混合使用。结果表明,纤维增强沥青结合料的流变学性能。控制样本,分为PG58,是增强PG76日期棕榈纤维的0.375%。
陈等人。4)研究了沥青结合料的性质与玉米秸秆纤维改性。这项研究的结果表明,添加玉米秸秆纤维改善了身体和改性沥青结合料的流变特性,特别是在高温服务(4]。
纤维被广泛利用在石头上的矩阵在沥青摊铺沥青混合(SMA)业务。在SMA纤维的影响通常被认为是稳定和吸收沥青避免流走沥青粘结剂的混合物。结果,这项研究是一个实验室实验工作调查中国回收羊毛纤维和聚酯纤维如何影响三种沥青粘结剂的性质(80/100,60/70,PG76)。一般利用纤维加强粘合剂阶段,和最优高度依赖纤维利用的类型。此外,考虑到成本因素,确定合适的纤维浓度,提高沥青的特点一个理想的水平是至关重要的。因此,本研究旨在定义回收fiber-modified沥青粘结剂的物理特征,评价纤维对沥青结合料的流变性能的影响,并确定最佳的纤维在沥青粘结剂浓度。
2。材料和方法
2.1。沥青粘结剂
三种类型的沥青粘结剂被用于这个研究论文,这些物种的能力抵抗负荷造成交通被考虑。渗透年级(80 - 100)沥青粘结剂被认为是弱类型的沥青粘结剂使用尽管不受任何修改;它被用来获得的实际影响纤维添加剂。沥青粘结剂的渗透年级60 - 70和PG76性能年级沥青是本研究中使用额外的理解纤维在不同的绑定。表1显示了物理性质的三个基础沥青粘结剂用于这项研究。
2.2。添加剂
两种类型的纤维被用作添加剂在这项研究。
2.2.1。布朗回收羊毛纤维
羊毛是一种蛋白质纤维发现羊的皮肤,然后叫动物纤维,如图1。这种类型的细羊毛被用作二等使用,广泛使用在国际和国内市场。羊毛被恢复和清洁干燥方法在实验室开始使用之前。表2显示了棕色回收羊毛纤维的物理性能。
2.2.2。中国聚酯纤维
聚酯纤维形成三维网络结构,主要起着强化作用在增加沥青膜的厚度为骨料的表面。此外,这种类型的添加剂增加骨料和沥青之间的粘结强度39,40)(Zhang et al ., 2014)。表3显示了中国聚酯纤维的技术指标。
在这项研究中使用的聚酯纤维主要是浪费或使用二级如图2丰富的在伊拉克和可生物降解的。这种添加剂是用于聚酯医疗枕头后清洗和干燥方法再洗,以确保他们的机械和化学性质不发生改变,由于沥青路面建设正在快速增长,这些纤维的使用,这是大批量生产,将导致处理问题导致环境问题在勘探所需的沥青混合料路面和环境的利益(41]。
2.3。改性沥青粘结剂制备
湿混合以来,本研究利用我们关注fiber-modified沥青粘结剂的性能。因此,纤维直接混合成沥青粘结剂。湿混合还能提高纤维的均匀分布在沥青粘结剂相比,干燥的混合。缺点是,如果用湿混合沥青粘结剂不使用正确,纤维和沥青会分开一段时间后,在存储。在大多数情况下,湿混合技术也将延长建筑过程的时间和费用(4,13,42]。
fiber-modified沥青粘结剂是通过混合纤维与沥青粘结剂的高剪切混合器革命约1000转160。纤维含量分别为0.15,0.3,0.45,0.6%,体重布朗回收沥青的羊毛纤维,而中国聚酯纤维利用的内容分别为0.5,1.0,1.5,2.0%,沥青的重量。
混合保持30分钟的过程中,建立一个统一的组合,同时保持一个稳定的160°C结合温度。温度是通过双温度计仔细监控,避免过热的反向影响。样品从混合可以删除完成后,分成一个小包含金属容器,然后保持在室温下进行后续测试。由于温度和旋转的情况下,与粘结剂诱导衰老过程相结合的纤维改性粘结剂样品。控制样本也搬到30分钟混合器的混合温度为控制绑定和复制这些情况下样品在平等的条件下进行比较。
2.4。渗透测试
渗透测试25°C是最技术用于沥青在整个全球分类。标准化的测试包括测量垂直穿透钢铁针刺入沥青样品在一个特定的温度来确定沥青一致性。装运时间是5秒,针负载是100 g。沥青样本针穿透深度是0.1毫米;因此,渗透单元为0.1毫米。的渗透是一个数值表示沥青对温度变化的反应。AASHTO T49解释如何进行测试(21]。
2.5。软化点测试
沥青的热稳定性是由其软化点。这意味着沥青的软化点越大,温度越高要求达到相同的粘度。沥青的软化点是包含在表征化合物在这项研究调查各种纤维增加热稳定性的影响。测试需要确定“典型”沥青温度达到一定的一致性。环和球技术常被用来评价沥青的软化点(R&B) [21]。软化点也是一个实证测试,衡量沥青结合料的温度变得柔软,不能支持一个金属球的重量,开始流动。戒指和组装是放置在一个水浴的深度105±3毫米,9.5毫米钢滚珠轴承(重3.50±0.05 g)是集中在每一个标本,和温度提高的速度每分钟5±0.5°C。两个温度的平均值的两个球下降和触摸底座与软化点记录。测试过程中描述AASHTO T53 [43]。
2.6。旋转粘度测试
沥青的粘度是一个重要的物理特性决定其流动性和变形。通过创建粘温资料,它总是有用的评价沥青在高温下的流动行为在监视现场生产和实验室设计。在制造业和建筑业的高温范围,旋转粘度计(RV)是用来确定沥青粘结剂的粘度。基本的房车测试确定所需的转矩保持圆柱轴旋转速度一致的(20 RPM)而沉浸在沥青粘结剂在使用Thermosel恒温温度控制系统。在那之后,扭矩转化为粘度。RV测试结果保证沥青粘结剂是液体泵和混合。的旋转粘度沥青粘结剂使用后的布氏粘度计测定AASHTO T316。旋转粘度测试沥青粘结剂,以确保他们执行可以在热混合输送和处理设施(21,43,44]。粘度是决定在一个恒定的温度为135°C。
2.7。在高温温度扫描测试
DSR试验被用来检查粘结剂的粘度和弹性高,中间温度。在所需的温度和频率,设备监控绑定的复杂的剪切模量(G )和相位角(δ),提供一个完整的粘结剂的行为在路面的服务温度(19]。
波林动态剪切流变仪(域)是用来确定复杂的剪切模量(G )和相位角(δ)的沥青结合料。复杂的模量定义为最大剪应力比最大剪切应变,它提供了一个测量的总电阻在剪切荷载变形。相角被定义为外加应力之间的时滞和由此产生的应变,而且它是一个指示器的相对数量的可恢复和不可恢复的变形。是在未老化的沥青粘结剂(上进行测试43]。
样品确定两平行板之间放置25毫米直径1毫米的差距使域测量的高温测试。测试的过程中描述AASHTO T315。压力已经针对低水平(0.12 kPa)保持所有的测试中进行线性粘弹性极限。此外,车辙因子(G/罪δ)计算测量沥青粘结剂的剪切强度和硬度。根据Superpave规范,尽量减少永久变形(车辙),发情的参数(G/罪δ)必须大于或等于1.00 kPa未老化的沥青结合料。
3所示。结果与讨论
3.1。沥青粘结剂的物理属性
进行常规测试,如渗透(ASTM D5),软化点(ASTM D36)和沥青粘度(ASTM D4402),没有和纤维添加剂。
3.1.1。渗透测试
渗透是一种传统的测试确定沥青的硬度。三个读数的平均值用于获取渗透率值。fiber-modified沥青粘结剂的渗透试验结果如图所示3和4。从这些数据可以看出,随着修饰符的比例增加,渗透率值减少,表明沥青粘结剂浓度的增加,无论粘结剂类型。此外,结果表明,中国聚酯fiber-modified绑定有较高的渗透率值相比,沥青结合料样品修改布朗回收羊毛纤维。同时,纤维的影响可以忽略PG76沥青粘结剂的渗透。这几乎是由于PG76粘合剂已经聚合,所以纤维对沥青结合料的影响并不明显。
3.1.2。软化点测试
软化点与沥青混合料的永久变形。三种沥青粘结剂的软化点测试结果类型和两种纤维类型如图5和6。软化点测试的结果是相反的结果为所有类型的沥青贯入度试验;随着纤维比例增加,软化点增加。在软化点的大小增加纤维含量的函数。有相当显著的软化点的变化值与基粘结剂。然而,高等级沥青的软化点值(PG76)修改的两个纤维没有显著改变。
一般而言,沥青结合料的渗透和软化点值反映其相对粘度。在高温下,与低渗透数字和高软化点沥青粘结剂可能承受变形。
3.1.3。粘度测试
图7和8说明了旋转粘度的结果控制和fiber-modified样本在帕秒135°C (Pa)的粘度值。证明了改性纤维粘结剂粘度值高于绑定没有纤维,不管粘结剂类型。
粘度的增加是由于纤维的吸收粘合剂,倾向使他们团结在一起(45]。此外,纤维的粘结剂的存在具有相同的效应作为人体骨骼,增强粘结剂硬度,减少变形,在相同的温度下。这就增加了混合温度、减少和易性和增加费用(46]。此外,当粘结剂的粘度增加,沥青混合料的耐热性将会改善,而高温伤害会降低了(19]。
值得注意的是,中国聚酯纤维的添加率相对较高的比布朗回收羊毛纤维。这可能是由于高溶解度和聚酯的同质性的沥青粘结剂相比,布朗回收羊毛纤维。
自AASHTO认为3 Pa年代上限的粘度在135°C为了方便和易性、泵,和运输,棕色的回收羊毛fiber-modified沥青粘结剂为0.3% 80 - 100和60 - 70绑定和0.15% PG76绑定了这个标准,而与更多的纤维含量没有绑定。同时,中国聚酯fiber-modified沥青粘结剂为1.0% 0.5 80 - 100粘合剂和60 - 70粘合剂遇到这个标准,时指出,有一个快速的影响改变纤维的百分比在PG76粘结剂的情况下,超过允许的限度与添加的第一个比例的纤维,这可以归因于这样一个事实:粘结剂最初是由聚合物和修改不需要进一步修改。
3.2。改性沥青粘结剂的流变特性
的影响纤维的耐高温性能和发情的绑定了使用DSR 40岁,46岁,52岁,今年58岁,64,70,76,82°C未老化的绑定。车辙因子(G/罪)中使用域的测试来评估沥青的高温性能。沥青满足要求时,车辙因子高于1.0 kPa [36,47]。纤维类型和内容的影响在这项研究中使用的三种沥青粘结剂在发情的参数(G/罪δ在不同温度的数据中可以看到)9- - - - - -14作为输出温度对沥青进行了扫描测试样品的温度高的服务。从这些数据可以看到,随着纤维含量的增加,混合变硬,无论纤维或沥青粘结剂类型。
纤维含量对刚度的影响取决于纤维和粘合剂类型可以如图15和16为中国回收羊毛纤维和聚酯纤维的影响,分别。这些数据显示失败fiber-modified沥青粘结剂温度对纤维的百分比的影响每个纤维类型和内容在每个绑定类型。失败的最高温度是温度满足发情的标准。注意到80 - 100沥青粘结剂是受影响最严重的两种纤维,紧随其后的是60 - 70和PG76绑定。对回收羊毛纤维的影响80 - 100沥青粘结剂,失败的温度从66°C(纯沥青)提高到75.6°C纤维含量0.6%。这意味着增加近2步的性能级别的粘合剂,PG64 PG76。同时,效果是减少对其他沥青粘结剂(60 - 70和PG76)。对中国聚酯纤维的影响80 - 100沥青粘结剂,温度是失败从66°C(纯沥青)增加到73°C纤维含量2.0%,意味着增加性能等级的一年级PG64 PG70。
比较后获得的失败与Superpave要求温度,纯和fiber-modified沥青粘结剂性能等级(PG)分类如表所示4和5为中国回收羊毛纤维和聚酯纤维,分别。总的来说,结果表明,提出的控制样品可以修改和提高PG成绩取决于纤维的类型和内容,以及基础沥青粘结剂类型。因此,使用两个纤维可以适合高温条件的地区。
4所示。结论
修改后的标本,传统测试渗透和软化点等,以及SHRP试验如旋转粘度和动态剪切流变仪,进行了调查和评估的影响使用两种纤维(中国回收棕色羊毛纤维和聚酯纤维)绑定。这可能会导致更好的知识fiber-modified绑定和纤维增强沥青混合。以下是一些广泛的结论:(我)对于所有测试纤维的百分比,fiber-modified沥青粘结剂有更少的渗透和软化点比控制沥青粘结剂,建议少易受温度波动和更好的高温韧性变形(2)自控制样本改变和提升到更高的PG和纤维含量的增加,纤维增强沥青结合料的流变特性(3)纤维类型和其内容对沥青结合料高温性能有显著影响(iv)回收中国羊毛纤维和聚酯纤维是合适的添加剂增加粘结剂与沥青混合料的抗车辙和永久变形,因为在绑定中使用这些纤维增加他们的刚度和弹性性质48- - - - - -50]
数据可用性
在生成的数据集和/或分析在当前研究可从相应的作者以合理的要求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者想表达自己的感激之情Mustansiriyah大学工程学院,高速公路和交通部门,在完成他们的援助和支持这个项目。