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摘要: 通过沥青混合料性能试验, 研究了聚丙烯腈纤维和木质素纤维对沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)的高、低温及强度性能的影响, 发现掺加聚丙烯腈纤维的SMA的动稳定度比掺加木质素纤维有显著提高, 且总变形量明显减少; 低温弯曲的破坏应变也有所增大; 抗压强度提高30%;0.2%和0.3%聚丙烯腈纤维掺量对SMA各项性能指标影响不大。结果表明, 聚丙烯腈是一种性能良好的沥青混合料添加材料, 具有较好的工程应用前景。Abstract: This paper studied the influence of PAN fiber composite and the imported xylon fiber on stone mastic asphalt(SMA) by performance tests of asphalt mixture. It is pointed that after adding PAN fiber composite the dynamical stability of SMA is markedly increased, the total deformation is markedly reduced, the flexural failure strain in low temperature is increased, and unconfined compressive strength is increased by 30%. What is more, whether the percentage of PAN fiber composite is 0.2% or 0.3%, the performance of SMA is stable. The results show that PAN fiber composite has better road performance.
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Key words:
- road engineering /
- PAN fiber composite /
- SMA mixture /
- pavement performance
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表 1 AH-70#沥青的技术性质
Table 1. Technical properties of bitumen AH-70
试验项目 试验指标 针入度(25℃, 50g, 5s)/0.1 mm 67 延度(25℃, 5cm/min)/cm > 150 软化点/℃ 51 密度(15℃)/g·cm-3 1.032 溶解度/% 99.62 闪点/℃ 295 
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表 2 玄武岩的物理力学性质
Table 2. Physics-mechanics properties of basalt
试验项目 试验指标 压碎值/% 11.2 洛杉矶磨耗损失/% 13.4 视密度/g·cm-3 2.598 吸水率/% 0.5 粘结力/级 4 针片状含量/% 2.82 磨光值/PSV 53
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表 3 石灰岩矿粉的技术性质
Table 3. Technical properties of limestone and breeze
试验项目 试验指标 视密度/g·cm-3 2.705 亲水系数 0.45 含水率/% 0.27 加热安全性 不变质 塑性指数 2.1 粒度范围/% 0.3 mm 100 0.15 mm 99.8 0.075 mm 97.1
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表 4 聚丙烯腈纤维与木质素纤维的物化性能参数
Table 4. Physical and chemical indices of PAN fiber and xylon fiber
技术指标 国产聚丙烯腈纤维 木质素纤维 化学结构 聚丙烯腈改性纤维 纤维 纤维颜色 淡黄色 灰色 纤维直径/μm 13 13 切断长度/mm 6 6 纤维截面形状 花生果状 锯齿形 纤维纵向形状 平形圆柱状 圆柱状 线密度/dtex 1.29 1.6 干断裂强度/CN·dtex-1 6.02 2.13 湿断裂强度/CN·dtex-1 3.42 1.26 干断裂伸长/% 12.0 19.8 湿断裂伸长/% 6.15 24.1 回潮率/% 1.98 14.5 210℃烘5 min 颜色变为浅金黄色 灰色 210℃强度/CN·dtex-1 6.57 2.67 210℃伸长率/% 15.4 22.6
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表 5 SMA-16级配范围
Table 5. Grading range of SMA-16
通过下列方孔筛(mm)的质量百分率/% 19 16 13.2 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075 级配范围 100 90~100 65~85 45~65 20~30 15~24 14~22 12~18 10~15 7~14 7~12 级配中值 100 95 75 55 25 19.5 18 15 12.5 10.5 9.5
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表 6 SMA-16马歇尔试验结果
Table 6. Result of SMA-16 Marshall test
材料类型 最佳油石比/% 试件密度/g·cm-3 空隙率/% 沥青饱和度/% 稳定度/kN 流值/0.1 mm 聚丙烯腈纤维0.2% 6.4 2.541 4.0 18.9 6.2 28 聚丙烯腈纤维0.3% 6.4 2.524 4.5 19.2 6.4 36 木质素纤维0.3% 6.1 2.556 4.0 18.1 7.1 30
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表 7 析漏试验结果
Table 7. Result of running off test
油石比/% 沥青析漏损失/% 聚丙烯腈纤维0.2% 聚丙烯腈纤维0.3% 木质素纤维0.3% 5.5 0.08 0.05 0.07 6.0 0.11 0.08 0.09 6.5 0.14 0.1 0.12
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表 8 飞散试验结果(20℃)
Table 8. Result of cantabro test
试验指标 聚丙烯腈纤维0.2% 聚丙烯腈纤维0.3% 木质素纤维0.3% 飞散损失/% 5.45 5.69 10.1
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表 9 浸水马歇尔试验结果
Table 9. Result of waterlogged Marshall test
试验指标 聚丙烯腈纤维0.2% 聚丙烯腈纤维0.3% 木质素纤维0.3% 残留稳定度/% 91 86 91
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表 10 车辙试验结果
Table 10. Result of wheel tracking test
材料类型 动稳定度/次·mm-1 总变形量/mm 45 min变形量/mm 60 min变形量/mm 聚丙烯腈纤维0.2% 1800 2.82 2.36 2.71 聚丙烯腈纤维0.3% 2032 3.11 2.74 3.05 木质素纤维0.3% 990 5.37 4.52 5.16
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表 11 劈裂强度试验结果
Table 11. Experimental result of crack strength
材料类型 破坏荷载/kN 水平变形/mm 劈裂强度/MPa 劲度模量/MPa 聚丙烯腈纤维0.2% 23.028 0.328 2.280 643.1 聚丙烯腈纤维0.3% 23.144 0.315 2.085 666.9 木质素纤维0.3% 24.693 0.287 2.445 803.5
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表 12 单轴压缩试验结果
Table 12. Result of uniaxial compression test
材料类型 抗压强度/MPa 回弹模量/MPa 聚丙烯腈纤维0.2% 5.18 917.63 聚丙烯腈纤维0.3% 5.46 1027.79 木质素纤维0.3% 3.96 888.73
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表 13 单轴压缩试验结果
Table 13. Result of uniaxial compression test
材料类型 抗压强度/MPa 回弹模量/MPa 聚丙烯腈纤维0.2% 4.53 855.27 聚丙烯腈纤维0.3% 4.68 808.76 木质素纤维0.3% 3.11 702.46
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表 14 小梁低温弯曲试验结果
Table 14. Result of bend test under low temperature
材料类型 抗弯拉强度/MPa 破坏应变 弯曲劲度模量/MPa 聚丙烯腈纤维0.2% 8.88 1.10×10-3 8 093.19 聚丙烯腈纤维0.3% 8.69 1.14×10-3 7 765.22 木质素纤维0.3% 10.03 0.98×10-3 10 362.30
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