一种路用颗粒状纤维在沥青混合料中的分散率的测试方法与流程

本发明涉及道路工程沥青路面领域，尤其涉及一种添加颗粒状纤维的沥青混凝土中颗粒状纤维分散率的测定方法。

背景技术：

沥青路面作为一种连续的无缝路面，具有行车平稳舒适、养护维修方便等优点，是当今世界上高等级公路最主要的路面结构形式。为了解决普通沥青路面常见的低温开裂和高温车辙问题，欧洲沥青路面工程界于上世纪60年代初尝试通过添加纤维的方式来提高沥青混合料性能，该技术获得了巨大成功并应用于世界各国的沥青路面工程；“沥青混合料+纤维”的复合化材料已成为当前沥青路面材料的主要发展趋势之一。纤维在沥青混合料中的作用机理其是通过分散的纤维表面吸附和稳定沥青，增大沥青膜厚度，降低沥青混合料的析漏损失，保证沥青混合料施工和易性，增加沥青胶浆粘度和模量，达到增强、增韧沥青混合料的目的，最终提高沥青混合料的高温抗车辙、低温抗裂、抗水损及抗疲劳等性能。

沥青路用纤维按材料种类主要可分为木质素纤维、有机聚合物纤维、玻璃纤维和矿物纤维等；按材料形状又可分为松散絮状纤维和颗粒状纤维。由于颗粒状纤维克服了松散絮状纤维容易受潮，不易运输、称量精度不佳、在沥青混合料中分散不均匀易成团等缺点，目前颗粒状纤维在沥青路面工程中较常采用。虽然颗粒状纤维具有诸多优势，但是未经充分破碎、分散的颗粒状纤维在沥青混合料中未能起到任何吸附、稳定沥青及降低沥青混合料析漏损失作用。在沥青路面工程中主要通过延长拌合楼干拌时间来破碎、分散颗粒状纤维，然而延长干拌时间必将加大拌合楼机械损耗，降低生产效率。因此需要通过颗粒纤维在沥青混合料中分散效果的评定，来优化沥青混合料的拌和工艺。然而目前尚未有颗粒状纤维在沥青沥青混合料中的分散率的测试方法，其主要是通过工程技术人员凭借个人经验观察混合料外观状态来定性评价，不能科学有效的反馈和优化拌和工艺。

因此鉴于上述问题，本发明根据分散纤维含量与沥青混合料的析漏损失两者间的相关性，研究一种能够测定颗粒状纤维在沥青混合料中的分散率的试验方法，来检测特定拌和工艺条件下沥青混合料中颗粒转状纤维的分散率，从而优化沥青混合料拌和工艺及加强质量控制。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种路用颗粒状纤维在沥青混合料中的分散率的测试方法，解决现有技术中无法定量评价颗粒状纤维在沥青混合料中分散效果的不足。

一种路用颗粒状纤维在沥青混合料中的分散率的测试方法，包括如下步骤：

(1)检验及标定拌合楼的石料、沥青及纤维投放称量装置；确定生产配合比中的设计级配G及级配范围、油石比A及油石比范围；

(2)按生产配合比确定的热料仓比例、设计级配G、油石比A、颗粒纤维含量C及拌和工艺进行混合料拌制；

(3)对拌合楼拌制的沥青混合料进行析漏试验，得到析漏损失Δm；

(4)测定拌合楼拌制的沥青混合料的油石比A’和矿料级配G’；

(5)若所检沥青混合料油石比A’和级配G’不满足生产配合比要求，则重新返回执行步骤(1)～(4)；若沥青混合料油石比A’和级配G’满足生产配合比要求，则执行下一步；

(6)根据沥青混合料所实测的油石比A’和级配G’，备样矿料和沥青，并分别按设计颗粒纤维含量C的n₁％、n₂％、n₃％……n_x％添加经人工研磨后完全分散的颗粒状纤维，拌和沥青混合料进行谢伦堡析漏试验，分别测定析漏损失Δm₁、Δm₂、Δm₃……Δm_x；其中n₁、n₂、n₃……n_x为大于零，小于或等于100，X大于等于3的正整数；

(7)建立沥青混合料中完全分散的颗粒状纤维含量C的n_x％与析漏损失Δm_x的数学模型；

(8)将拌合楼拌制的沥青混合料的析漏损失Δm，代入上述数学模型，得到沥青混合料中完全分散的颗粒状纤维含量C’，按下式计算当前沥青混合料中颗粒状纤维的分散率D＝C’/C，

式中，D为沥青混合料中颗粒状纤维的分散率，％；

C’为沥青混合料中完全分散的颗粒状纤维含量，％；

C为沥青混合料中颗粒状纤维含量；％。

其中X为5，所述n₁、n₂、n₃……n_x为20、40、60、80、100。

所述步骤(2)中拌合楼沥青混合料拌制数量为3锅，废弃前两锅，留取第3锅。

所述步骤(3)和步骤(6)中的析漏试验，按照《公路工程沥青混合料试验规程》JTG E20-2011 T0732-2011的规定试验。

所述步骤(4)中的沥青混合料矿料级配和油石比测定方法按照《公路工程沥青混合料试验规程》JTG E20-2011 T0735-2011的规定试验。

所述步骤(6)中的干矿料备样，采用单粒径石料按实测矿料级配进行配制，单份矿料质量为1000g，共20份。

所述步骤(6)中的颗粒纤维人工研磨完全分散的方法为：将颗粒纤维人工打碎研磨后用2.36mm方孔筛筛选，选取筛底纤维。

所述步骤(7)中的沥青混合料中完全分散颗粒状纤维含量C’与析漏损失Δm的关系式为指数函数模型：

式中：

e为自然常数；

a，b为回归系数。

有益效果：

本发明提供的路用颗粒状纤维在沥青混合料中的分散率的测试方法，在排除油石比和矿料级配对沥青混合料析漏损失影响的前提下，通过完全分散的颗粒状纤维含量与析漏损失之间的关系，建立两者间的数学模型，从而计算颗粒状纤维在沥青混合料中的分散率。本方法填补了路用颗粒状纤维在沥青混合料中分散率测试方法的空白，有利于含颗粒状纤维沥青混合料拌和工艺的优化和生产质量的控制。

附图说明

图1为本发明提供的颗粒状纤维在沥青混合料中分散效果的测定方法的流程图。

图2为实施例1沥青混合料中完全分散的颗粒状纤维含量与析漏损失二元关系图。

图3为实施例2沥青混合料中完全分散的颗粒状纤维含量与析漏损失二元关系图。

具体实施方式

以下结合二个实施例来进一步说明沥青混合料中颗粒状纤维分散率的测试方法。

实施例1：某高速拟使用SMA-13沥青混合料作为表面层材料，生产配比中的设计级配及级配要求范围见表1，热料仓比例为4#仓(11～16mm)：3#仓(6～11mm)：2#仓(3～6mm)：1#仓(0～3mm)：矿粉＝40：31：15：5：9，设计添加颗粒状纤维用量为0.4％，设计油石比为5.4％，生产控制油石比为5.1％～5.7％，拌和工艺为先干拌20秒后湿拌40秒，试测定该拌和工艺下的沥青混合料中颗粒状纤维的分散率。

表1本工程设计级配及要求范围

具体实施步骤如下：

1.检验及标定拌合楼的石料、沥青及纤维投放称量装置，使其满足相关技术要求；

2.按生产配合比确定的热料仓比例4#仓(11～16mm)：3#仓(6～11mm)：2#仓(3～6mm)：1#仓(0～3mm)：矿粉＝40：31：15：5：9，油石比A为5.4％，颗粒状纤维含量C为0.4％，按先干拌20秒后湿拌40秒的拌和工艺生产3盘沥青混合料，根据拌合楼生产能力每盘沥青混合料重为3000kg，废弃前两盘，留取第三盘。

3.对第三盘沥青混合料取样，按照《公路工程沥青混合料试验规程》JTG E20-2011 T0732-2011的规定试验，析漏损失△m为0.071％；

4.对第三盘沥青混合料取样，按照《公路工程沥青混合料试验规程》JTG E20-2011 T0735-2011的规定试验，进行油石比和矿料级配检测；

5.第三盘沥青混合料所测油石比A’为5.5％，级配G’结果见表2，均满足生产配合比要求，执行下一步；

表2第三盘沥青混合料实测级配

6.根据沥青混合料所实测级配曲线G’和油石比A’，采用单粒径石料备样，每份矿料重量为1000g，沥青为55.0g，总20份。将颗粒纤维人工打碎研磨后用2.36mm方孔筛筛选，选取筛底纤维，分别按设计纤维含量C的20％、40％、60％、80％和100％，各备取四份，共20份。拌和沥青混合料，并按照《公路工程沥青混合料试验规程》JTG E20-2011 T0732-2011的规定试验；析漏损失结果见表3。

表3析漏试验结果

7.建立沥青混合料中完全分散的颗粒状纤维含量C’与析漏损失Δm的数学模型，C’＝0.5159×e^{-5.4911×△m} R²＝0.9882。

8.将拌合楼拌制的沥青混合料的析漏损失Δm＝0.071％，代入上述数学模型，得到沥青混合料中完全分散的颗粒状纤维含量C’＝0.349％，其中设计颗粒状纤维含量C＝0.40％，按下式计算当前沥青混合料中颗粒状纤维的分散率

D＝C’/C

计算得到沥青混合料中颗粒状纤维的分散率D为87.5％。

实施例2：某高速拟使用SMA-20沥青混合料作为中面层材料，生产配比中的设计级配及级配要求范围见表4，热料仓比例为5#仓(16～22mm)：4#仓(11～16mm)：3#仓(6～11mm)：2#仓(3～6mm)：1#仓(0～3mm)：矿粉＝25：22：26：5：14：8，设计添加颗粒状纤维用量为0.4％，设计油石比为5.0％，生产控制油石比为4.7％～5.3％，拌和工艺为先干拌20秒后湿拌40秒，试测定该拌和工艺下的沥青混合料中颗粒状纤维的分散率。

表4本工程设计级配及要求范围

具体实施步骤如下：

1.检验及标定拌合楼的石料、沥青及纤维投放称量装置，使其满足相关技术要求；

2.按生产配合比确定的热料仓比例5#仓(16～22mm)：4#仓(11～16mm)：3#仓(6～11mm)：2#仓(3～6mm)：1#仓(0～3mm)：矿粉＝25：22：26：5：14：8，油石比A为5.0％，颗粒状纤维含量C为0.4％，按先干拌20秒后湿拌40秒的拌和工艺生产3盘沥青混合料，根据拌合楼生产能力每盘沥青混合料重为3000kg，废弃前两盘，留取第三盘。

3.对第三盘沥青混合料取样，按照《公路工程沥青混合料试验规程》JTG E20-2011 T0732-2011的规定试验，析漏损失△m为0.11％；

4.对第三盘沥青混合料取样，按照《公路工程沥青混合料试验规程》JTG E20-2011 T0735-2011的规定试验，进行油石比和矿料级配检测；

5.第三盘沥青混合料所测油石比A’为5.4％，级配G’结果见表5，油石比和矿料级配均未满足生产配合比要求，重新返回执行步骤1～4；

表5第三盘沥青混合料实测级配

6.重新检验拌合楼的石料、沥青及纤维投放称量装置，发现其存在故障，将故障排除后，重新标定拌合楼的石料、沥青及纤维投放称量装置；

7.重新按生产配合比确定的热料仓比例5#仓(16～22mm)：4#仓(11～16mm)：3#仓(6～11mm)：2#仓(3～6mm)：1#仓(0～3mm)：矿粉＝25：22：26：5：14：8，油石比A为5.0％，颗粒状纤维含量C为0.4％，按先干拌20秒后湿拌40秒的拌和工艺生产3盘沥青混合料，根据拌合楼生产能力每盘沥青混合料重为3000kg，废弃前两盘，留取第三盘。

8.对第三盘沥青混合料取样，按照《公路工程沥青混合料试验规程》JTG E20-2011 T0732-2011的规定试验，析漏损失△m为0.081％；

9.对第三盘沥青混合料取样，按照《公路工程沥青混合料试验规程》JTG E20-2011 T0735-2011的规定试验，进行油石比和矿料级配检测；

10.第三盘沥青混合料所测油石比A’为5.0％，级配G’结果见表6，均满足生产配合比要求，执行下一步；

表6第三盘沥青混合料实测级配

11.根据沥青混合料所实测级配曲线G’和油石比A’，采用单粒径石料备样，每份矿料重量为1000g，沥青为50.0g，总20份。将颗粒纤维人工打碎研磨后用2.36mm方孔筛筛选，选取筛底纤维，分别按设计纤维含量C的20％、40％、60％、80％和100％，各备取四份，共20份。拌和沥青混合料，并按照《公路工程沥青混合料试验规程》JTG E20-2011 T0732-2011的规定试验；析漏损失结果见表7。

表7析漏试验结果

12.建立沥青混合料中完全分散的颗粒状纤维含量C’与析漏损失Δm的数学模型，

C’＝0.4433×e^{-4.0663×△m}，R²＝0.9932。

13.将拌合楼拌制的沥青混合料的析漏损失Δm＝0.081％，代入上述数学模型，得到沥青混合料中完全分散的颗粒状纤维含量C’＝0.319％，其中设计颗粒状纤维含量C＝0.40％，按下式计算当前沥青混合料中颗粒状纤维的分散率

D＝C’/C

计算得到沥青混合料中颗粒状纤维的分散率D为79.7％。