一种用于沥青路面面层的改性同芯复合细纤维及应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于道路建设领域，具体涉及一种用于沥青路面面层的同芯复合细纤维及 应用。
【背景技术】
[0002] 沥青是一种具有粘弹塑性的材料，对温度特别敏感。一般情况下，低温抗裂性能好 的沥青高温时容易流动变形，而高温性质好的沥青在低温时又容易变脆变硬。所以，夏冬温 差大的地区就选择不到理想的沥青结合料。
[0003] 沥青路面作为一种无接缝的连续式路面，具有力学强度好、行车平稳、无扬尘、无 振动、低噪音及易于机械施工等优点；但也存在一些路面易发生早期破坏、车辙、开裂、泛 油、坑槽等缺点。
[0004] 现有技术中普遍通过在沥青混合料中加入纤维材料来改善沥青路面的整体物理、 力学性能。如掺聚酯纤维(PET)的沥青混合料、掺玻璃纤维的沥青混合料等。近几年来，掺纤 维的沥青混合料铺筑的沥青路面不仅能增强路面的结构强度，而且路面的抗弯、拉、剪的能 力和抗裂缝能力均能明显改善;在路面维修养护中也渐渐表现出其优势。
[0005] 关于纤维沥青路面，国外学者已经做了不少的研究工作，并得到了大范围的推广， 最具代表性的有"美国战略公路研究计划"（SHRP)，SMA与OGFC等新型路面结构；还有SBS、 SBR沥青改性技术等。
[0006] 目前沥青路面面层采用的工程纤维大多为单一高分子材料如PET纤维、PAN纤维 等，或上述纤维的简单混合，由于纤维表面光滑，与胶结料结合力不大，在某些情况下容易 拔出，影响工程纤维的增强效果。
[0007] 如公开号为CN103803829A的中国专利文献公开了 一种沥青混凝土用混合纤维，由 以下重量份的原料混合而成:木质素纤维37%~43%，聚酯纤维18%~22%，玄武岩纤维 39%~42%。
[0008] 现有技术主要关注纤维的添加种类及纤维的级配比例，较少关注纤维与沥青混 合料的粘结强度对沥青路面的影响。
【发明内容】
[0009] 本发明提供一种同芯复合细纤维，解决了沥青路面用工程纤维粘结力及工程用复 合纤维残余应力不一致引起的卷曲等技术问题，通过本发明的制造方法可提高工程纤维的 粘结力、强度及模量，进一步提高纤维沥青混合料的多项性能。
[0010] 本发明通过皮层的低熔点、高粘度高分子材料与沥青高度熔合，显著提高粘结强 度，更好发挥纤维的加筋作用，进一步提高沥青混合料的性能。
[0011] -种用于沥青路面面层的同芯复合细纤维，通过如下制备方法获得：
[0012] 加工待改性的同芯复合细纤维，其皮层熔点120-160°c，芯层熔点240°C;
[0013] 待改性的同芯复合细纤维经过多级牵伸后，在烘道内进行后处理，其中烘道的温 度为80-100°C，停留时间10-20分钟。
[0014]为了保证纤维具有高强度高模量，且考虑皮层与芯层残余应力差距较大的问题， 本发明对在原长纤全牵伸生产工艺要求七辊牵伸的基础上再加一组或多组七辊牵伸，多级 牵伸后，可达到如下力学指标：
[0015] 抗拉强度大于500MPa;
[0016] 初始模量大于5000MPa;
[0017] 断裂伸长率15-30%;
[0018] 以上指标符合沥青用工程纤维的要求，将普通短纤的纺丝工艺提升到了工程纤维 的技术要求。工程纤维的测试方法按GB/T21120-2007中的要求。
[0019] 作为优选，所述多级牵伸为2-4级七辊牵伸，每一级牵伸倍率为2-4。进一步优选， 采用2级七辊牵伸，每一级牵伸倍率为3。采用多级牵伸，显著减少断丝及内部残余应力，还 能减小皮层与芯层的残余应力梯度。多级牵伸后的同芯复合细纤维的直径在10_30μπι。
[0020] 作为优选，在烘道内设有用于绕置同芯复合细纤维的低张力定型装置。所述烘道 的长度为20-40米。
[0021]多级牵伸后的同芯复合细纤维经过烘道后处理，通过所述温度的热处理，减弱或 消除皮层与芯层的残余应力，避免在加工过程中纤维卷曲。
[0022]低张力定型装置的作用为消除残余应力，避免该纤维因参与应力的不同形成卷曲 (如果没有该定型装置，由于皮层与芯层的残余应力不一致，导致纤维卷曲，在搅拌楼投放 后易导致混合料中形成结团，不能顺利分散，严重影响沥青混合料的增强效果，甚至产生致 命缺陷）。
[0023] 低张力定型装置包括进料辊、出料辊以及使纤维在烘道内迂回绕置的导向辊。作 为进一步优选，牵伸后的同芯复合细纤维在烘道内停留10-20分钟;后处理温度80~90°C。
[0024] 作为优选，待改性的同芯复合细纤维皮层采用PE或EVA。待改性的同芯复合细纤维 芯层采用PET或PA66。
[0025] 所述的同芯复合细纤维包括分别沿纤维方向连结形成皮层和芯层，皮层组分为低 熔点且能改性沥青的材料，作为优选，皮层组分的熔点温度为140~160°C。如皮层组分为PE 或EVA等。芯层为高熔点高强度材料，如芯层组分为PET或PA66。
[0026]纤维沥青混合搅拌形成混合料的温度在140~200°C左右，皮层融化与沥青胶泥结 合在一起，筑路后使纤维和沥青形成较强的结合力，芯层纤维的熔点温度大于该温度，如 PET、PA66等，显著提高纤维在沥青混合料中的增强效果。
[0027]作为优选，本发明的同芯复合细纤维采用PE/PET，PE/PA66皮芯型组合，皮层与芯 层的残余应力不一致，易导致纤维卷曲，在制备纤维沥青混合料的过程中容易结团，不能顺 利分散，容易导致混合料中各组分特别是纤维成分分散不均匀，将严重影响纤维沥青混合 料的增强效果，甚至产生致命缺陷。本发明中将待改性的同芯复合细纤维经过多级牵伸定 型，降低皮层与芯层的残余应力不一致性，显著减少断丝及内部残余应力，能减小皮层与芯 层的残余应力梯度，从而改善混料过程的各组分的分散性能，增强纤维沥青混合料的多方 面性能。
[0028] 本发明还提供了所述同芯复合细纤维在沥青路面面层改性中的应用。
[0029] 所述同芯复合细纤维长4~10mm，添加重量为待改性沥青重量的0.2~0.6%。作为 优选所述同芯复合细纤维长6mm，添加重量为待改性沥青重量的0.2~0.6%。
[0030] 应用所制得的同芯复合细纤维添加至沥青搅拌楼，与沥青混合料一起搅拌，制得 的混合料应用到路面面层的铺设中。
[0031] 本发明中，采用皮芯型复合纤维，有效解决了普通工程纤维解决不好的粘结问题； 采用多级牵伸，显著减少断丝及内部残余应力，还能减小皮层与芯层的残余应力梯度。多级 牵伸后的同芯复合细纤维经过烘道进行热定型处理，能辅助消除纤维的残余应力，避免该 纤维因应力差异形成卷曲。所制得的同芯复合细纤维具有优良的粘结力，显著提高抗高、低 温和抗水害等性能。
【附图说明】
[0032]图1为本发明涉及的低张力定型装置示意图。
【具体实施方式】 [0033] 实施例1
[0034] PE/PET同芯复合前方丝(PE30 %，PET70 % )，经过二级七辊牵伸，每一级牵伸倍率 为3。牵伸后的同芯复合细纤维传送至烘道经图1的低张力定型装置进行热处理，烘道长 20m;烘道内温度为80°C;纤维在烘道内停留10分钟，切断后制得直径为22μπι，长6mm的沥青 路面用PE/PET同芯复合细纤维。并应用至沥青路面进行改性。
[0035] 实施例2
[0036] PE/PET同芯复合前方丝(PE30 %，PET70 % )，经过三级七辊牵伸，每一级牵伸倍率 为3。牵伸后的同芯复合细纤维传送至烘道图1的低张力定型装置进行热处理，烘道长40m; 烘道内温度为80°C;纤维在烘道内停留20分钟，切断后制得直径为17μπι，长6mm的沥青路面 用PE/PET同芯复合细纤维。并应用至沥青路面进行改性。
[0037] 对比例1
[0038]沥青路面无纤维改性。
[0039] 对比例2
[0040] 沥青路面采用聚酯纤维改性。
[0041 ] 纤维性能测试
[0042] 纤维力学性能测试方法按GB/T21120-2007中的要求。沥青混合料性能测试方法按 JTJ E20-2011中的要求。
[0044]改性后沥青性能测试
[0045] 纤维掺量0.3%，按JTJ E20-2011等测试方法。
[0046] 表1，20°C条件下纤维沥青胶泥剪切强度
[0047]
'[0055]~通过上述测试结果可知，经过本发明制造的沥青用工程同芯复合纤维，能改善纤_ 维沥青混合料的性能。其中，实施例2效果更好。
【主权项】
1. 一种用于沥青路面面层的同芯复合细纤维，其特征在于，通过如下制备方法获得： 加工待改性的同芯复合细纤维，其皮层熔点120-160°c，芯层熔点240°C; 待改性的同芯复合细纤维经过多级牵伸后，在烘道内进行后处理，其中烘道的温度为 80-100°C，停留时间10-20分钟。2. 如权利要求1所述的用于沥青路面面层的同芯复合细纤维，其特征在于，所述多级牵 伸为2-4级七辊牵伸，每一级牵伸倍率为2-4。3. 如权利要求1所述的用于沥青路面面层的同芯复合细纤维，其特征在于，在烘道内设 有用于绕置同芯复合细纤维的低张力定型装置。4. 如权利要求1所述的用于沥青路面面层的同芯复合细纤维，其特征在于，所述烘道的 长度为20-40米。5. 如权利要求1~4任一项所述的用于沥青路面面层的同芯复合细纤维，其特征在于， 待改性的同芯复合细纤维皮层采用PE或EVA。6. 如权利要求5所述的用于沥青路面面层的同芯复合细纤维，其特征在于，待改性的同 芯复合细纤维芯层采用PET或PA66。7. 如权利要求1-6任一项所述同芯复合细纤维在沥青路面面层改性中的应用。8. 如权利要求7所述的应用，所述同芯复合细纤维长4~10mm，添加重量为待改性沥青 重量的0.2~0.6%。9. 如权利要求8所述的应用，所述同芯复合细纤维长6mm，添加重量为待改性沥青重量 的0.2~0.6% 〇
【专利摘要】本发明公开了一种用于沥青路面面层的同芯复合细纤维，通过如下制备方法获得：加工待改性的同芯复合细纤维，其皮层熔点120-160℃，芯层熔点240℃；待改性的同芯复合细纤维经过多级牵伸后，在烘道内进行后处理，其中烘道的温度为80-100℃，停留时间10-20分钟。本发明还公开了一种同芯复合细纤维在沥青路面面层改性中的应用。发明中，采用皮芯型复合纤维，有效解决了普通工程纤维解决不好的粘结问题；采用多级牵伸，显著减少断丝及内部残余应力，还能减小皮层与芯层的残余应力梯度。通过热定型处理能辅助消除纤维的残余应力，避免该纤维因应力差异形成卷曲。所制得的同芯复合细纤维具有优良的粘结力，显著提高抗高、低温和抗水害等性能。
【IPC分类】D01F8/14, D01F8/06, D01D10/02, C04B16/06, C04B20/02, C04B26/26, D01D5/34, D01D10/00
【公开号】CN105541149
【申请号】CN201510897958
【发明人】俞世然, 舒剑爽, 陆仕祥
【申请人】余姚市交通规划设计研究院
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月8日