高性能纤维增强冷拌沥青混合料的实验表征外文翻译资料

 2022-07-02 10:07

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高性能纤维增强冷拌沥青混合料的实验表征

强调

bull;冷拌沥青（CMA）混合物的性能通常随固化时间增加而增强。

bull;加入适当类型的纤维可以提高CMA的性能。

bull;该研究提供了用于CMA混合物性能研究的实验室方法的验证。

文章历史：

2013年11月1日收到

2014年1月17日以修订形式收到

2014年1月24日接受

2014年2月23日在线提供

摘要

现有道路的维护受到越来越多的关注，因为道路路面的恶化会加速道路基础设施的恶化，从而会影响安全和道路的可用性。为了保证可进行长时间的路面维修，维修活动和维修产品必须在养护时间和性能方面进行优化，以达到合适的路面使用性能。这项研究项目的重点是高性能冷拌沥青混合料的实验表征，该混合料用三种类型的纤维（纤维素，玻璃纤维素，尼龙-聚酯纤维素）以两种不同含量（0.15％和0.30％重量）加入沥青混合料中。这些材料在不同的固化时间（1,7,14,28天）和条件（干燥和潮湿）下进行了研究。通常用于热混沥青的实验室试验顺序如此（马歇尔，间接拉伸，磨损和压实性），但考虑到冷混合物的具体特性，调整测试程序。结果表明，与标准混合物（无纺）相比，0.15％纤维素混合物的混合物提供了类似的（固化时间为14天和28天）甚至更高的性能（对于7天内的固化时间）。最后，将最后两种混合物与市场上出售的两种冷拌沥青混合料进行比较。实验表明，纤维素纤维增强材料和标准纤维增强材料表现出增强的性能，从而得出结论，它们用于维修活动的效果更佳。

关键词：冷拌沥青、纤维增强、混合物固化时间、压实性、水敏感性

1.介绍

道路路面的逐渐恶化主要是由于水的作用、冻融循环、重交通这些因素的综合作用。维护的主要目标是维护道路基础设施的结构完整性和适当的使用寿命，恢复路面状况并延缓后期的恶化。但是，即使整个路面结构仍能保证适当的使用寿命，局部的损伤也会导致大量的车祸[1]和自行车伤害事件[2]，严重降低用户安全。由于维护活动的有效性在最佳选择时机时最大化，从而实现以最低的成本进行最大的改进性能[3]，局部危害性故障，如坑洼和洼地，应尽快修复[4]维修程序和相应的材料很大程度影响着维修耐久性[5–7]。已经表明，以严格的程序修复坑洼（切割，清洁和压实性）比以更快速的方法（例如具有较低耐久性的抛掷和抛掷和滚动）更具成本效益[8,9]。事实上，材料成本只是坑洼修复总成本的一小部分，因此吸引人的是价格更高的使用性能更高材料，这些材料可提供较高的短期性能和较长的耐久性。

紧急修理和日常维护可以通过热混沥青（HMA）或冷混沥青（CMA）混合物进行。虽然HMA提供比CMA具有更高的性能[10],由于实际和操作原因，HMA很少用于局部损伤维护。因此，考虑到目前国际上公认的标准测试不适用于这些材料，故有必要定期对使用的CMA混合物性能进行调查。自八十年代以来，许多研究项目[4,5,9,11–13]通过最初设计用于HMA材料的实验室测试来调查CMA混合物性能并考虑冷混合物的具体特性以适当调整。很显然，这些实验室测试不能完美地再现现场条件，例如气候条件和负载的顺序，但它们提供了材料特性的指示，因为实验室测试中的性能缺乏通常意味着在该领域的早期失败。

添加碳氢化合物可以提高HMA混合物的强度、粘合性和耐久性[14,15]，如通常发生在开放等级中[16]与石膏沥青（SMA）混合一样。纤维增强混合料的性能受到纤维类型和含量[14,15,17]以及直径，长度和表面纹理[18]的重大影响。将纤维添加到CMA中时也应该考虑这些参数（纤维类型，含量和长度），正如de S. Bueno等人所研究的那样。[19]他表示，按总重量计，纤维含量0.10-0.25％足以改善材料性能。

这项研究的总体目标是实验室对含有不同类型和数量的混合物的CMA混合物所表现的性能进行的调查。然后将这些纤维增强CMA混合物与高性能标准CMA（无纺）和两种商业化的高性能冷混合物（通常用于维护活动）进行比较。实验室测试是按照特定测试协议进行的，该协议能够通过通常用于调查HMA性能的参数来表征冷混合物的。

2.测试程序和程序

测试计划分为两个阶段。在第一阶段，研究不同的纤维增强材料以确定了最佳的纤维类型和含量。在第二个，高性能标准混合物制备和优化与市场上现有的两种高性能CMA混合物进行了比较。

由于缺乏国际公认的CMA混合物标准，故采用通常用于表征HMA的实验室试验：马歇尔稳定性，间接拉伸强度，耐磨性和压实性。然而，由于CMA特有的机械性能，故进行了初步研究以确定可靠的样品制备程序和检测冷混合物性能的测试方案。结果表明，适用于研究所考虑的高性能CMA混合物测试是在环境温度下（约20℃）进行压实的，因避免了任何高温调节，并且固化了至少1天样品测试。值得注意的是，这种标准制备程序与其他研究项目中使用的方案不同[9,12]其中CMA混合物在压实之前需要在烘箱中进行初步老化，以便赋予材料稳定性，因为在挤出之后和测试之前不加热制备的多个样品会立即塌陷。

2.1.第一阶段

在第一阶段，根据马歇尔稳定性（EN 12697-34），间接拉伸强度（EN 12697-23）和耐磨性（EN 12697-17）总结的实验方案，进行了评估，如表格1，考虑以下测试参数：

两种纤维含量（按总重量计0.15％和0.30％）；

三种纤维素类型（纤维素[CEL]，玻璃纤维素[GCF]，尼龙-聚酯-纤维素[NPC]）；

四个固化时间（从1到28天），用于研究作为时间函数的材料强度的变化；

两种固化条件（在空气和水中），用于模拟不同的天气情况。在25℃下在空气和水中进行调节。

对高性能标准混合物（STD）也进行了相同的实验测试，被认为是参照材料。

此外，由于CMA混合物通常在更长或更短的储存期（从几周到几个月）之后使用，因此根据EN 12697-10研究这些混合物的压缩性能，比较1天和50天的储存期混合物的松散性。

在此阶段研究的CMA混合物是通过实验室机械混合器生产的，将集料，聚集体和粘合剂进行了混合。以胶囊形式的纤维先在洛杉矶摇铃机中粉碎，再用2mm筛进行筛分，通过的用于混合物的生产。混合过程包括在机械混合器中将聚集体与粉碎的混合物组合，与在环境温度（约20℃）下加入专门配制的粘合剂。

用于实验研究的圆柱形标本和（表格1）在混合生产后第20天通过冲击压实机（EN 12697-30）压实，获得平均空气含量如表2。然后，在适当的固化时间（在空气中或在水中）之后，在在25℃下的干燥条件下干燥4小时的处理后对样品进行测试。这个温度（25℃）也用于马歇尔试验，因为对于CMA混合物，60℃的标准温度太严格。

考虑到两个不同的贮存期：用机械混合机制备混合物后1天和50天后，通过剪切旋转式压实机（EN 12697-31）研究松散混合物的压实性。在这两种情况下，它们的最后压实性表现出250个回转已被测试标本达到。

2.2.第二阶段

在第二阶段，遵循的相同测试方案重复在第一阶段中的测试，以研究市场上通常用于维护活动的两种高性能CMA混合物。测试程序显示如表3，并允许比较这两种混合物（Mat.A和Mat.B），高性能标准冷混合物STD和优化的第一阶段中确定的纤维增强冷混合物。将Mat.A和Mat.B混合物从储存的袋中取出并在环境温度（约20℃）下通过冲击压实机（EN 12697-30）在圆柱形样品中压实，得到平均空气含量如表4。同样在这种情况下，在适当的固化时间（在空气中或在水中）之后，在25℃下干燥条件下进行4小时处理之后测试样品。马歇尔试验也采用了这个温度（25℃）。由于无法知道Mat.A和Mat.B的储存期，因此不对这些CMA混合物进行压缩性测试。

2.3.测试协议

Marshall测试（EN 12697-34）涉及通过半圆形测试头以50.8 mm / min的恒定变形速率对圆柱形样品施加压缩载荷。马歇尔稳定性MS是导致样品失效的负荷。

根据EN 12697-23，间接拉伸试验包括施加直径线载荷，施加50.8mm / min的变形直至达到最大破坏强度（间接拉伸强度ITS）。

耐磨性测试（EN 12697-17）也称为Cantabro测试，包括在洛杉矶ra machine机器内对压实试样进行300转（30转/分钟），无需任何金属球。试验结束时试样的质量损失通过估算颗粒之间的内部凝聚力来衡量所研究混合物的耐磨性。

压实性测试（EN 12697-10）允许评估沥青混凝土混合料的可使用性。根据EN 12697-10，在剪切旋转压实过程中，空气孔隙含量随回转次数的减少可用对数定律表示。半对数平面中回归曲线的斜率和截距代表1之后混合物的压实性K和空气孔隙含量回旋v（1）。

3.物料

3.1.冷沥青混合物

高性能标准CMA混合物（STD）由玄武岩粗骨料，石灰石聚集体和按混合重量计5.0％配制的特定配方粘合剂组成。 总体混合层次如图所示 图。1。 所有在第一阶段研究的纤维增强CMA混合物的特征在于STD混合物具有相同的聚集分级和粘结剂含量。 STD和纤维增强CMA之间唯一的区别在于纤维的不同类型和含量（见 表格1).

Mat.A和Mat.B的组成特征是通过粘结剂萃取（EN 12697-1）实现的，粘结剂含量分别为6.6％和4.9％，混合重量分别为 图。1。 这些混合物也是用特定配方的粘合剂生产的。 尤其是制造商Mat.A宣称其冷混合物是用纤维增强的并用聚合物改性的粘合剂制备的。

3.2.纤维

在第一阶段研究了三种不同类型的纤维或贝类化合物：纤维素，玻璃纤维素和尼龙 - 聚酯 - 纤维素。纤维素（CEL）是有机的，由多功能稳定微球组成。它们的组成倾向于在材料内形成具有微观框架作用的三维网格。本研究中所研究的纤维素珠的特征在于以下性质：

bull;棕色或稻草色;

bull;纤维平均长度gt;200微米

bull;纤维平均直径gt;7微米

玻璃纤维素化合物（GCF）由30％玻璃珠和70％纤维素珠组成。这种材料具有纤维素类似物的性质，但由于玻璃珠的存在而具有较高的比重。

尼龙-聚酯-纤维素纤维素化合物（NPC）是黑色的，其特征在于比重为0.5kg / dm3。没有关于不同组分比例的信息。

4.结果和分析

4.1.第一阶段的结果

4.1.1.马歇尔试验和间接拉伸试验

考虑到固化时间和条件的影响，马歇尔稳定性（MS）和间接拉伸强度（ITS）被假定为分析不同类型和含量对CMA混合物性能的影响的关键参数。

每个系列样品的平均马歇尔稳定性和间接拉伸强度值随着固化时间而增加（图2和3），按照[20]这种行为是由于粘合剂挥发性组分的损失造成CMA混合物固化，逐渐达到其稳定状态。

在所研究的固化时间范围内，随着固化天数（t）的增加，MS和ITS的增加可以用对数回归表示，根据以下等式：其中a，b，c和d是回归参数。对于每个系列的标本，回归参数值都以表5以及相应的测定系数R2确定(除了与ITS结果相关的少数情况外，这些值可以被认为是足够的（gt; 0.85）)。MS和ITS随固化时间的增加强烈依赖于乙醚的类型和含量（图2,3和表5），因为在整个固化期间，不同的聚合物以不同的方式与粘合剂相互作用。然而，所有材料都表现出类似的行为，其特征在于性能的初始显着增加，直到7/14天固化时间，然后减少曲线斜率，这可能是由于在约28天后实现了正面性能--固化时间。

STD与NPC混合物之间的比较表明，对于两种纤维含量（按总重量计0.15％和0.30％），向标准混合物中添加尼龙--聚酯纤维素纤维不会改进材料性能（图2和3），相反地这在几乎每个固化时间都受到抑制。

GCF纤维增强混合物显示MS结果与ITS结果不一致。事实上，对于这两种含量，GCF混合物都提供了更高的马歇尔稳定性值（图1和图2）。2a和3a）短时固化时间（7天以内）的STD混合物，中等固化时间（高于7天）的值较低。相反，就间接拉伸强度而言（图1）。GCF混合物在短时间内（7天内）提供比STD混合物更低的值，中等固化时间（高于7天）的值更高。这种矛盾的行为不允许确定GCF纤维增强混合物性能相对于STD混合物的降低趋势，从而导致玻璃纤维素纤维与尼龙--聚酯--纤维素纤维类似，不能清楚地改进标准CMA混合物特性。

相反，，对于两种测试类型（马歇尔和间接拉伸）以及几乎所有固化时间和所研究的纤维含量,CEL纤维增强混合物提供比STD混合物更高的性能（图2和3）这种趋势在中等固化时间（7天内）较短时更显着，其中两种混合物（STD和CEL）显示类似的行为。这意味着，当维护活动必须在非常短的时间内确保高性能时，CEL纤维增强混合物代表了最佳材料，而当可以等待更长的固化时间时，STD混合物也能够保证足够的性能。

由于CEL纤维增强混合物比其他纤维类型具有更高的性能，因此两种纤维含量之间的比较仅适用于CEL混合物。图4强调根据De S. Bueno等人的文章，较低的纤维含量（0.15％）保证了几乎每个养护时间的马歇尔稳定性和间接拉伸强度的较高值。[19].

在紧急维修的情况下，可以在潮湿条件下使用冷混合物，从而有必要评估水效应对其性能的影响。图5显示，对于在空气中固化28天后在水中浸泡2天的样品，用0.15％纤维素（CEL-0.15）制备的纤维增强混合物提供了最佳结果，确认了在干燥条件下获得的性能。

4.1.2.耐磨性测试

通常认为耐磨性测试适用于评估热孔沥青的磨损特性。由于本研究中考虑的CMA混合物具有a平均空气空隙含量为19-26％（表2），Cantabro测试可以正常进行。

图6显示，在空气中固化28天后，所有CMA混合物的颗粒损失百分比明显低于20％，这是HMA建筑规范通常接受的最大限值。

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