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基于室内试验的差别质料改善微表处性能的研究

宣布日期：

2023-06-01

摘要

要害词：预防性养护 | 微表处 | 纤维 | 路用性能 | 改善效果

针对普通微表处抗裂性能和抗趁魅辙能力等的缺乏，室内接纳微表处通例试验和混淆料低温弯曲试验及汉堡趁魅辙试验(HWTD)，比照剖析水性环氧乳化沥青、SBS改性乳化沥青和纤维改善微表处性能效果的优劣；并探讨纤维掺量变革对微表处路用性能的影响。结果标明：改变结合料类型或添加纤维稳定剂均能提升微表处的相关性能，其中纤维的整体改善效果相对更好，尤其是低温性能，且能够兼顾改善微表处的各项性能。玄武岩纤维微表处在抗趁魅辙性能和本钱造价方面具有明显的优势，而耐磨性、水稳定性和低温抗裂性等略差于聚丙烯纤维微表处，通过剂量优化玄武岩纤维微表处的整体性能仍优于水性环氧乳化沥青微表处和SBS改性乳化沥青微表处。凭据微表处性能变革和经济因素，推荐微表处中纤维的掺量为0.10％~0.20％。

微表处是一种重要的预防性养护技术，其在改善路面抗滑性能、平整度、防水、耐磨耗性能以及修复趁魅辙、快速开放交通等方面具有明显的优势，已在海内外实体工程中获得了广泛应用。但通过恒久的跟踪视察和经验总结发明，普通微表处混淆料保存着抗裂性能差、对抗重交通能力较弱等缺陷，以至于严重缩短其使用寿命。如何有效降低普通微表处在应用中泛起的性能缺乏问题，海内外研究者接纳了差别的要领且取得了较好的效果，主要有混淆料中掺加纤维、结合料替换为水性环氧改性乳化沥青或SBS乳化沥青等。

SBR乳化沥青中水性环氧树脂组分的添加，能够使共混体系在常温情况下爆发固化交联反应，形成三维网状空间结构，从而明显改善微表处的耐磨耗性能和抗剥落性能；孙晓立、邝坚锋等研究指出，改性乳化沥青与2％水性环氧树脂复配制备的微表处混淆料，其耐磨耗性和抗水损害性能提高约60％，且抗滑性能和抗剥落性能明显优于通例微表处。张庆等研究发明，通例微表处中水性环氧树脂的添加明显改善了混淆料黏聚强度和耐久性能，且效果与掺加量呈正相关关系。纤维具有吸附、加筋和桥接等作用，添加于微表处混淆料中能够形成三维疏散形态，故可以改善其抗裂性能和耐久性；Krummenauer等探讨剖析了铬鞣皮革残留物(含有纤维身分)掺量对微表处相关性能的影响，指出其掺量为0.30％时混淆料具有相对较好的路用性能和减小的开裂概率；Wright等研究指出，0.20％玻璃纤维的掺加明显改善了微表处的抗裂性能，劈裂抗拉强度、间接拉伸劲度模量、疲劳寿命等指标划分提高23％、24％和200％。中国普遍接纳聚丙烯纤维来改善微表处的整体性能，其合理掺量凭据疏散效果、性能变革和经济条件确定，建议控制为0.10％～0.20％。SBS聚合物具有橡胶和塑料的双重特性，在明显改善沥青高温性能的同时也可一定水平上改善低温性能；用其制备改性乳化沥青能够改善微表处的高温抗变形能力和耐磨耗性，尤其是前者。然而遗憾的是上述研究中并没有提及差别改善要领的性能优劣和加工难易水平，且纤维微表处接纳的纤维类型相对简单，缺乏试验论证和比选，以致于影响微表处技术的推广和应用。

鉴于此，该文以改善普通微表处路用性能为目的，室内接纳通例试验、组合试件低温弯曲试验和汉堡趁魅辙试验要领等探析纤维、水性环氧改性乳化沥青和SBS改性乳化沥青等步伐的改善效果差别；并选取添加方法较简单和成内幕对低的纤维改善步伐，借助上述试验要领剖析纤维掺量变革条件下聚丙烯纤维微表处和玄武岩纤维微表处路用性能的优劣，以剖析玄武岩纤维在微表处中应用的可行性，其结果为纤维微表处组分质料的选取提供更多的可取计划。

基于室内试验的差别质料改善微表处性能的研究

试验质料与要领

原质料和改善计划

结合料是微表处性能形成的要害，基于比照剖析差别结合料改善效果的考虑，选取SBR改性乳化沥青、水性环氧树脂改性乳化沥青和SBS改性乳化沥青开展相关试验，其主要组分掺配计划如表1所示，相应的制备工艺参照其他研究结果。粗细集料划分接纳辉绿岩和石灰岩，矿粉为磨细的石灰岩粉，水泥接纳325号普通硅酸盐水泥，矿料和填料技术指标均满足相关规范指标要求；微表处混淆料矿料级配选用MS-3型，具体级配如图1所示。

基于室内试验的差别质料改善微表处性能的研究

纤维稳定剂选用聚丙烯纤维和玄武岩矿物纤维，主要技术指标如表2所示。差别类型微表处各组成质料的掺配比例凭据《微表处和稀浆封层技术指南》中推荐的要领进行确定，具体如表3所示；其中纤维的掺量是以集料总量的质量百分率进行盘算。玄武岩纤维微表处中集料、SBR改性乳化沥青和水泥的掺配比例为100∶12.5∶2.0，而玄武岩纤维的掺量为0.05％～0.30％。

基于室内试验的差别质料改善微表处性能的研究

基于室内试验的差别质料改善微表处性能的研究

试验要领与测试条件

微表处技术具有快速开放交通的优势，铺后能否抵达开放交通的条件室内接纳黏聚力试验进行判断，而微表处的耐磨耗性能和抗水损害性能则接纳湿轮磨耗试验来评价，相应指标划分为1h和6d的湿轮磨消耗失量。

微表处位于路面结构的最上层，直接与大气情况相接触,受温度变革的影响相对剧烈；一旦气温泛起骤降的现象，微表处易爆发低温开裂病害，这样会导致其失去封水效果。提高微表处混淆料的抗裂性能，能够有效延长路面的使用寿命。但中国相应的规范中并没有关于微表处抗裂性能的评价要领，一定水平上阻碍了微表处该方面性能的研究和合理改善步伐的提出。综合考虑沥青混淆料低温抗裂性能差别试验要领的优劣和普适性，该文接纳弯曲试验评价微表处的低温抗裂性能，其试验温度及加载速率划分为-10℃和50mm/min；而在测试用试件和指标获取位置方面做了相应调解，如图2所示。

基于室内试验的差别质料改善微表处性能的研究

微表处能够用于填补沥青路面的趁魅辙病害，相应的性能评价时应测定其抗趁魅辙能力；但规范中接纳轮辙变形试验进行评价，试验温度为(22±2)℃，这不切合夏季路面的实际温度状况。另外试件在加载历程中，由于受设备精度的影响，加载轮并不是严格凭据直线的偏向运行，容易泛起跑偏的现象；再加之橡胶轮[宽度(26.0±1.0)mm]置于试件[宽度(50.0±1.0)mm]上后，两边剩余宽度较窄，容易加载到试件边沿，二者综合导致试件会爆发断裂或松散破坏，影响测试结果精度�；谏鲜鲆蛩氐目悸�，试验时借助汉堡趁魅辙试验系统、选取空气浴模式评价差别微表处混淆料的抗趁魅辙能力；空气浴的温度选定为60℃，加载轮速度和施加荷载的巨细划分为52ppm和705N。试件为组合型试件，由水泥板和微表处混淆料组成，成型要领如下：

①凭据标准趁魅辙试模成型5cm厚C30水泥混凝土板，养生后放入8cm趁魅辙模中；

②涂刷黏层油，在水泥混凝土板试件上洒铺改性乳化沥青，用量为0.3~0.5L/㎡；

③拌制微表处混淆料，并均匀摊铺在趁魅辙板上，形成组合试件；

④烘箱保温，组合试件置于60℃的烘箱中保温不少于16h，取出后碾压成型，冷却至室温备用，处理历程如图3所示；其中微表处养生后的厚度统一为25mm。

基于室内试验的差别质料改善微表处性能的研究

差别质料改善微表处性能效果剖析

探析差别类型微表处的通例性能、低温抗裂性和抗趁魅辙能力等差别，以定量说明选取步伐改善微表处性能的效果优劣。

微表处通例性能比照

差别微表处混淆料黏聚力和湿轮磨耗试验结果如表4所示。

基于室内试验的差别质料改善微表处性能的研究

由表4可知：

①差别类型微表处均能够满足快速开放交通的要求，且结合料的改变或添加纤维均一定水平上提高了微表处的黏聚力，其中水性环氧树脂改性乳化沥青的改善效果相对明显，剖析原因一方面为在测试周期内水性环氧树脂与固化剂充分接触后，二者反应强度能够快速形成，从而提高了微表处的黏聚力；另一方面水泥的水化为放热历程，温度的升高能够增进水性环氧体系的固化反应速度，故在相同时间内含有该组分的微表处混淆料强度比较高；

②差别类型微表处的耐磨耗性和抗水损害性能优劣为：水性环氧乳化沥青＞SBR乳化沥青＋聚丙烯纤维＞SBS乳化沥青＞SBR乳化沥青，其中SBR乳化沥青与水性环氧组分复配或通例微表处中添加纤维步伐的改善效果相对更好，这是因为环氧树脂具有黏结力很强的特性，一旦固化反应完成后，能够付与沥青结合料更好的黏结性能，增加对矿料的黏附水平；而微表处混淆料中添加纤维，凭借其吸附、加筋和桥接等作用，能够提高结合料的黏度、改善与矿料的黏结性，且纵横交错的纤维可以限制矿料的自由移动、降低外力的破坏效应，故二者具有较好的性能改善效果。

微表处抗趁魅辙能力和低温抗裂性探讨

差别微表处混淆料抗趁魅辙能力和低温抗裂性试验结果划分如图4、表5所示。

基于室内试验的差别质料改善微表处性能的研究

基于室内试验的差别质料改善微表处性能的研究

从图4、表5可以看出：

①变革沥青结合料或添加纤维均可以改善微表处混淆料的抗趁魅辙能力，其中水性环氧乳化沥青的改善效果相对好、而SBS改性乳化沥青与添加聚丙烯纤维的改善效果基内幕当，这是因为水性环氧体系固化后形成的产品为热固性质料，该历程不可逆、且产品不受温度变革的影响，所以其具有相对较好的抗趁魅辙性能改善效果；而纤维稳定剂的掺加能够起到增加结合料黏度、降低矿料自由移动和担负应力等的作用，但沥青用量的提高有损混淆料的抗趁魅辙性能，上述种种效应相互作用，故对应的改善水平有限；

②差别步伐对微表处低温性能的改善效果保存明显的差别，就破坏应变指标而言，仅添加纤维起到了改善微表处低温性能的目的，而水性环氧乳化沥青和SBS改性乳化沥青的使用则有损其低温抗裂性能，原因为SBS聚合物以改善沥青高温性能为主，其对沥青低温性能的改善效果劣于SBR聚合物；水性环氧树脂固化后呈脆性，一定水平上降低了微表处混淆料的低温延展能力，故导致其破坏应变值降低，低温性能遭到损害。

综合以上差别试验发明，纤维能够有效改善且可以兼顾微表处的种种性能；而水性环氧乳化沥青和SBS改性乳化沥青虽然提高了微表处混淆料的耐磨耗、抗水损害和抗趁魅辙能力，但有损其低温抗裂性，起不到改善整体性能的效果。另外纤维改善步伐还具有添加方法简单、价格相对较低的特性；有须要充分利用好纤维稳定剂的这些优势，扩大纤维微表处在预防性养护工程中的应用规模。

差别纤维微表处路用性能差别探析

纤维质料能够综合改善普通微表处的各项性能，尤其是低温抗裂性；但其改善效果与纤维类型密切相关，选取合适的纤维应用于微表处中可以抵达性能和经济俱佳的效果。玄武岩纤维是一种无机类矿物纤维，属于环保型质料，其制备原料为玄武岩石料；具有使用温度规模宽、力学性能优异、耐老化性能和化学稳定性好等优良特性，能够一定水平上弥补有机纤维抗老化性能差的缺陷。通常应用于热拌沥青混淆料和水泥混凝土中，较少在微表处技术中使用；而仅有的关于玄武岩纤维微表处的研究也多接纳规范中提供的要领来进行，忽略了个体试验要领的缺乏和玄武岩纤维的性能特点�；诖烁貌糠纸幽刹畋鸩袅康木郾┫宋托溲蚁宋种票赶嘤Φ奈⒈泶煜�，借助1.2节提供的试验要领比照剖析聚丙烯纤维微表处和玄武岩纤维微表处的性能差别及纤维掺量变革对微表处性能的影响，以剖析玄武岩纤维改善微表处性能的显zhu效果。

黏聚力比照

玄武岩纤维和聚丙烯纤维微表处黏聚力试验结果如表6所示。

基于室内试验的差别质料改善微表处性能的研究

从表6可知：

①纤维微表处混淆料黏聚力变革与纤维掺量密切相关，即随着纤维掺量的增加，混淆料黏聚力逐渐增大，而掺量凌驾0.20％后，增长幅度减缓，原因为混淆料内部体积空间容纳纤维量有限，掺量凌驾合理规模后其增强作用受阻，且过多的纤维容易泛起结团现象，二者综相助用导致黏聚力增长变缓，结合经济因素推荐纤维掺量不宜高于0.20％；

②聚丙烯纤维微表处的黏聚力值大于玄武岩纤维微表处，说明后者开放交通的时间相对滞后；聚丙烯纤维改善作用优于玄武岩纤维的原因为前者的吸油率相对较大，在沥青用量基内幕同的情况下，其能够吸附更多的沥青轻质组分，增进乳化沥青破乳和水泥水化，加速混淆料强度形成。

其他性能差别性剖析

差别类型纤维微表处高、低温性能和耐磨性能试验结果如表7所示。

基于室内试验的差别质料改善微表处性能的研究

由表7可知：

①聚丙烯纤维微表处混淆料的耐磨耗性、抗水损害和低温抗裂性能等均优于玄武岩纤维微表处，这与4.1节黏聚力试验结果一致；聚丙烯纤维微表处混淆料低温性能相对较好的原因为聚丙烯纤维的断裂伸长率大于玄武岩纤维，该指标越大则质料的韧性越好，受力时越不宜拉断，掺入混淆料后其抗变形能力提高，可以蒙受更大的拉伸力和拉伸应变；

②玄武岩纤维、聚丙烯纤维微表处混淆料的抗趁魅辙能力依次递减，原因一方面为质料的塑性和强度是两个相互“矛盾”的性能指标，其中一指标的提高就意味着另一指标一定会受到损害，即低温性能较差的混淆料对应的高温性能反而相对较好；另一方面玄武岩纤维的组分为天然玄武岩矿料，其在混淆料中的疏散效果优于聚丙烯纤维，在掺量相同的情况下，前者可以更好地发挥吸赞同加筋的作用，故对应的抗趁魅辙性能相对优；

③纤维掺量在0~0.20％规模内变革时，纤维改善微表处种种性能的效果与其呈正相关，一旦掺量抵达0.20％以上，纤维微表处对应的种种性能反而泛起差别水平的降低，还增加了铺筑本钱，其原因为混淆料中掺加过量的纤维易泛起结团现象，吸附大宗的结合料，导致混淆料中结合料漫衍不均匀，沥青膜厚度相对减薄，从而影响二者的黏结性能，造成混淆料的整体性能泛起损害。凭据纤维掺量对微表处种种性能的影响和经济因素等，建议纤维的添加量为0.10~0.20％。

玄武岩纤维微表处具有优良的抗趁魅辙性能，且纤维本钱明显低于聚丙烯纤维；微表处中添加合适剂量的玄武岩纤维，能够明显提高黏聚力、耐磨耗性和低温抗裂性等，但上述性能略低于聚丙烯纤维微表处混淆料。玄武岩纤维微表处可以用于沥青路面的预防性养护工程(冬季气温相对较温和的地区)和趁魅辙病害的修复。

结论

(1)改变结合料类型或添加纤维均能够改善通例微表处混淆料的相关性能，其中掺加纤维具有相对较好的整体改善效果；聚丙烯纤维微表处的耐磨耗性和抗水损害性能优于SBS乳化沥青微表处、SBR乳化沥青微表处，劣于水性环氧乳化沥青微表处；其低温性能相对更优、且具有改善效果，而高温性能低于水性环氧乳化沥青微表处，与SBS乳化沥青微表处的性能基内幕当。

(2)玄武岩纤维微表处的抗趁魅辙性能高于聚丙烯纤维微表处，而黏聚力、耐磨耗性、水稳定性和低温抗裂性等略低于后者，且玄武岩纤维的本钱低廉；合适掺量的玄武岩纤维微表处，其整体性能优于水性环氧乳化沥青微表处和SBS乳化沥青微表处混淆料。

(3)聚丙烯纤维和玄武岩纤维剂量在合理规模内，其能够明显改善微表处的性能，但掺量继续增加则耐磨耗、抗水损害和崎岖温性能等的改善效果受到损害，性价比下降，结合微表处性能变革和经济因素，建议纤维的添加量为0.10％~0.20％。

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全文完宣布于《中外公路》2021年8月?作者简介:罗要飞，男,博士，讲师,E-mail;hpulyf@163.com

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沥青混淆料趁魅辙试验机

设备名称：双轮式汉堡趁魅辙仪

型? ? ? ?号：B038AM

制? 造? 商：意大利Matest公司

试验情况 : 空气浴 + 水浴专利号 : US 9, 964, 471

汉堡趁魅辙仪可用于确定热拌沥青 (HMA) 抗趁魅辙和水害的能力。意大利matest的“SmarTracker?” 型号的沥青混淆料趁魅辙实验仪切合并凌驾 EN 和 AASHTO 规范的要求。接纳智能设计，具有立异功效并考虑到用户的需求。市场上比较通用的趁魅辙仪，每个测试轮配备单独的伺服电机驱动，可在任何时候终止其中一个测试轮的运行，确�？梢远悦扛鍪约械ザ赖某明日奁饰�。现在，您可以对两个测试轮进行湿式或干式试验，或者同时划分在干式和湿式条件下运行。

伺服电机接纳正弦控制信号控制驱动测试轮，使得测试轮运动的位移-时间曲线完全满足EN和AASHTO规范的要求，以正弦曲线的方法对试件进行碾压，包管了轮迹的对称，确保了数据的准确。而市场上许多接纳曲柄滑块驱动的趁魅辙仪，都不可满足正弦碾压的要求，会造成较大的数据误差。使用这种先进且用户友好的趁魅辙实验仪确定蠕变斜率、剥离变形拐点和剥离斜率，以及动稳定度（中国规范）。 SmarTrackerTM 汉堡趁魅辙仪是由意大利matest的研发工程师和来自美国和世界各地的很是有经验和声誉的行业专家、科研人员联合开发的。

用途

沥青混淆料趁魅辙试验是用来测定热拌沥青混淆料在一定荷载下的形变敏感度，它是通过丈量在设定的温度下加载轮重复碾压试样一定次数而形成的趁魅辙深度来实现的。汉堡趁魅辙仪可用于确定热拌沥青混淆料（HMA）抗趁魅辙能力。用于沥青混淆料趁魅辙试验，在实验室模拟沥青路面高温状态受荷载作用下的yong久变形（趁魅辙），属于现象学 / 经验法的试验要领。

产品特点

▍切合并凌驾 AASHTO 和 EN 标准，可用空气�。ǜ墒剑┖退。ㄊ剑┒允约锌匚�

▍每个测试轮由单独的伺服电机驱动，确保对每个试件进行单独的趁魅辙剖析

▍测试轮运行时的位移-时间曲线切合规范要求的正弦曲线

▍无需提升组件，测试轮在试验结束后自动退回原点

▍坚固耐用，专门为情况严酷的建筑实验室设计

▍试�；ㄎ换�，便于试模的装置和取出

▍全自动运行，任意一个测试轮抵达目标深度或试验次数时，系统自动识别并停止试验

▍触摸屏控制器，用户界面友好，试验状态、数据治理和测试结果均可视化显示

▍两个测试轮均各配备了用于趁魅辙丈量的位移传感器

▍机械循环水浴，温度控制在±1℃以内

▍每次试验都可轻松地装载、卸载、排水和清洁

▍设计紧凑，维修便当，也适用于小型建筑实验室

▍装有�；ふ�，确保操作人员远离运动部件，并在进行试验历程中更好地保温

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