聚对苯二甲酸乙二酯的改性沥青混合料的静态和动态荷载作用下的抗性能的实验表征.docx

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聚对苯二甲酸乙二酯的改性沥青混合料的静态和动态荷载作用下的抗性能的实验表征

聚对苯二甲酸乙二酯的改性沥青混合料的静态和动态荷载作用下的抗性能的实验表征

CenterforTransportationResearch,DepartmentofCivilEngineering,FacultyofEngineering,UniversityofMalaya,50603KualaLumpur,Malaysia

重点：

PET研究了改性沥青混合物的属性。

沥青混合物进行的行为。

静态和动态载荷是指定的。

PET修改静态和动态载荷下混合物表现出不同的行为

文章历史:

2014年3月收到，修订后的形式2014年4月25日收到，2014年5月2日接受，网上2014年6月2日可用。

关键词:

沥青混合料

废聚对苯二甲酸乙二醇酯

混合属性

静载荷

动态加载

摘要：

在过去几十年里，因道路上汽车的数量和重量的增加,道路路面已经遭受更大的损坏,甚至在许多情况发生之前就预期了路面的使用寿命。

因此,为了应对这一问题，道路设计师和工程师找到解决方案来改善路面的特点。

其中最常见的解决方案是用改性沥青混合料的施工特点。

本文旨在评估使用废聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为改性剂对沥青混合料性能的三个步骤的影响。

在第一步中，容重试验、马歇尔试验、间接拉伸模量试验、间接拉伸强度试验分别在含有不同比例的PET混合物中进行的。

第二步，在静态和动态载荷进行了PET改性沥青混合料的永久变形。

终于在最后一步的关系中发现,成果之间的关系以在第一和第二步所取得。

结果表明：

使用PET作为添加剂可以改变沥青混合料的性能。

PET改性混合物完全修改静态和动态载荷下不同的行为,它不能被认为是作为一个适当的路面体实验静载荷添加剂，但它是一个卓越的添加剂，可大大提高动态加载条件下的沥青混合料性能。

2014年爱思唯尔有限公司保留权利

1、介绍

近年来,道路上因车辆的数量和重量的增加，公路路面已经受到更大赔偿。

在路面使用寿命期间最常见的损伤类型是对路面的性能的一个显着的影响。

车辙是指路面的永久变形累积加载[1-3]下发生的,在这种情况下,沥青层显示一个突出级[4]。

车辙不仅降低了沥青混合料的使用寿命,而且影响车辆基本以一种消极的方式，可以威胁乘客的生命[5]。

不同的因素可以影响沥青混合料的性能,包括:

聚合类型和层次、空隙的数量沥青混合料、粘结剂的类型和数量内容、环境温度以及加载应用的方式和数量道路路面（6-8）。

据报道,和传统密级配级混合料相比，沥青玛蹄脂碎石（SMA）混合料由粗骨料骨架和集料之间的石头上的石头有更好的抗车辙破坏（9、10）。

此外,使用大尺寸、角、质地粗骨料颗粒以及较硬的粘合剂可以提高沥青混合料车辙阻力[11]。

环境温度是一个重要因素会影响沥青混合料的性能,这是由于沥青性能是高度受环境温度的影响[7]。

在文献中,不同实验室检测已经被用来评价沥青混合料的性能，即:

轮跟踪测试、静态和动态蠕变试验[7、12]、马歇尔商（MQ）（13、14）和间接拉伸试验。

此外,据认为蠕变试验与实际车辙深度有很好的相关性，可评价高性能沥青的车辙[15]。

MQ是稳定流比（刚度比）,是一个公认的标准来测量材料的抗剪切应力,永久变形,因此车辙（12、13）。

它被认为是高价值的MQ代表较高的混合刚度，有助于更高的抵抗青沥混合料的永久变形（12、14）。

本研究旨在评估永久变形特性的聚乙烯对苯二甲酸酯（PET）改性沥青混合物在静态和动态荷载的混合物和他们之间的关系以及其他性能的混合物。

2、文献综述

2.1、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）改性沥青混合物

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是半晶状的热塑性聚合物,被认为是聚酯材料[16]。

PET是一种重要的技术在过去两塑料材料几十年,因为它的特点等安全、光、透明、耐化学性和经济[17]。

如今,大量的浪费正在全球生产的PET和PET由于非生物降解性它会导致严重的环境挑战[18]。

PET可以回收的化学和物理过程。

化学回收的PET是昂贵的,因为它是在高执行压力、温度和化学材料催化剂。

此外,在机械回收,回收的质量PET会减少由于胶粘剂污染物的存在[19]。

因此,回收不能被认为是唯一的解决办法为了克服危机产生大量废物产生的PET,因此将承诺寻找替代解决这个问题的解决方案,如在沥青使用辅助材料混合物。

在这里,它的目的是使在沥青混合料使用消费后的PET的历史。

消费后的PET使用在两个不同的沥青混合料概念。

一个是使用PET在沥青骨料替代混凝土混合料（plastiphalt）,另一个是修改沥青混合料利用PET粒子。

Hassani等人调查的可能性使用浪费PET在沥青混凝土混合物作为骨料替代。

在这项研究中,矿物粗骨料与2.36--4.75毫米的大小被替换成PET颗粒直径3毫米。

机械性能的混合物,包括马歇尔稳定流,MQ和压实混合物的比重。

因此实现,plastiphalt部分骨料替代（20%）和PET颗粒最规范的需求使它适合实际使用[20]。

在一个相关的研究中,浪费PET作为细骨料部分替代进行了评价。

重复加载轴向测试和间接抗拉刚度模量进行了测试。

结果表明,尽管plastiphalt刚度相比减少了传统的混合物,它有更高的抵抗永久变形[21]。

有两种不同的方法在沥青使用添加剂即:

混合湿和干燥的方法。

湿法过程中,添加剂被添加到沥青水泥混合与骨料颗粒。

在干燥的方法,然而,添加剂直接添加到混合物。

2008年,凯西等人企图调查的适用性不同聚合物材料作为沥青修饰符。

在这次调查认为,PET不能认为是一个合适的沥青改性剂由于其高融化点,可能阻碍混合。

因此,因为PET可以没有被纳入沥青,认为增加PET在沥青混合料通过湿法并不实用[22]。

最近,PET粒子已经被添加到沥青混合料一个添加剂使用干燥的过程。

2011年,Ahmadinia等人利用浪费PET的最大尺寸1.18毫米在SMA混合料添加剂。

马歇尔和混合物的体积特性评估,得出的结论是,再利用垃圾PET作为一种添加剂对SMA混合料的性质会有积极的影响以环保和经济的方式[23]。

在接下来的一年,更多的调查进行PET的改性SMA混合料，通过Ahmadinia等人轮跟踪、水分的敏感性,弹性模量和排放测试进行的PET修改后的SMA混合料。

他们使用相同的粒子大小和PET百分比时使用。

从这个研究中被发现PET修改混合物的性能满足标准要求和适当的范围的PET数量是由沥青含量的重量在4%和6%之间[24]。

沥青混合料的疲劳性能修改PET粒子在另一项研究进行了评估。

PET片2.36毫米的最大大小和疲劳使用PET的属性改性沥青混合物进行了评估。

结果表明,在动态加载和疲劳寿命大大增加混合物含有较高数量的PET内容表明混合物含有高量的PET内容显示更高的抵抗疲劳开裂[25]。

在其他研究中,永久变形特性的PET修改动态荷载作用下沥青混合料在不同的调查温度和压力,表明永久应变大大降低了应用程序的PET修改[7]。

2.2。

静态和动态改性混合料蠕变试验

静态和动态蠕变试验被认为是两个重要的测试方法,可以确定沥青混合料的易感性。

在过去的文献,有更多的研究评估了沥青混合料的永久变形动态蠕变试验虽然少研究集中在静态测试。

在本部分中,它的目的是将静态和概述动态蠕变试验混合物进行修改在过去的几年里。

使用纤维素和矿物纤维对的影响特性是由Behbahani等人调查。

研究了沥青混合料的动态进行蠕变试验,结果表明车辙沥青混合料的性质是通过添加纤维在改善动态加载[26]。

在相关研究中,指定动态蠕变试验评价沥青混合料的性能用废轮胎线钢筋网和不同百分比。

这是来自混合物的结果3%的轮胎线程永久应变最低和最高车辙的阻力[27]。

在其他调查,三个弹性聚合物的影响已确定沥青混合料的性能。

这些弹性聚合物OL,EL和某人在这项研究中,它得出的结论是,使用弹性聚合物可以提高吗沥青混合料的阻力;然而,结果没有联系好彼此在高、低温度下[28]。

在2012年,使用矿物质和纤维素纤维的影响研究了SBS聚合物在车辙SMA的属性混合物。

本研究的结果表明,SBS在沥青混合料的性能最佳效果[29]。

本研究旨在评估永久变形特性的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）改性沥青混合物在静态和动态负载下和他们的关系其他属性的混合物。

穆贾达姆等人进行了一项研究,评估的影响使用不同百分比的PET的永久变形动态荷载作用下沥青混合料在不同温度和压力水平。

获得的结果表明,使用PET可以显著提高沥青混合料的阻力动态加载[7]。

2013年,一个研究由SerkanTapkın车辙行为含有聚丙烯纤维的沥青混合料。

在这研究静态蠕变测试进行式样使用回转和马歇尔击实方法制作的。

根据研究结果发现,回转年代的方法。

根据结果发现回转式样最好在低数量的抗损坏吗聚丙烯;然而,在大量的聚丙烯纤维马歇尔式样有更好的结果[30]。

另一个调查是由塔伊富尔等人进行的。

使用STA的聚合物改性沥青混合料的性能使用静态和动态蠕变测试。

在这项研究中,人们意识到通过静态和动态蠕变试验结果不正确地互相关联和静态测试可能在沥青混合料改性剂的影响[12]。

3。

目标和测试程序

本研究的目的是评估车辙的PET的属性修改沥青混合料在不同加载类型。

除此之外,需要发现修改后的混合物的属性和参数之间的关系影响这些属性尚未之前执行。

为了实现这些指定目标以下步骤:

（a）获得修改的基本性质和改性沥青混合料包括:

PET大部分比重,马歇尔,抗拉刚度和强度的力量。

（b）获得PET改性沥青混合料的性能在静态和动态负载。

（c）获得PET改性沥青混合料的特点之间的关系和其他混合物的属性。

3.1、材料

80/100。

渗透级沥青用于此实验工作。

的物理性能的沥青水泥可以在表1中找到。

此外,使用从马来西亚公司采石场获得了骨料颗粒。

粒子粒度分布的总表2中,和骨料颗粒的物理性质表3中列出。

PET粒子从消费后的PET瓶。

准备的PET粒子,瓶子洗净晾干。

然后他们削减小部件并使用压碎机压碎[25]。

这些碎雪花已筛和那些通过筛使用2.36毫米11不同比例（0%、0.1%、0.2%,0.3%,0.4%,0.5%,0.2%,0.7%,0.8%,0.9%和1%的混合骨料的重量）。

3.2、样品制备

所有式样常规和修改都是在最佳沥青制作的内容根据ASTMD1559[34]。

为了制造混合物,最佳的沥青水泥和1100克混合骨料加热温度分别为130C和160C。

随着干燥过程的方法,PET粒子被直接添加到混合物。

混合骨料颗粒后,沥青和PET在160摄氏度的温度,压实努力50吹应用两边的式样在调查温度140c,PET粒子添加到混合骨料颗粒和沥青水泥,因为它被认为和PET会导致混合骨料骨料表面涂层的熔融的一部分PET最终有助于减少骨料颗粒和沥青水泥之间的坚持。

表1：

沥青水泥砂浆的性能

性能方法价值观

渗透在25℃（0.1mm）ASTM：

D587

软化点（℃）ASTM：

D3646

粘在135℃（MPa）ASTM：

D4402325

粘在170℃（MPa）ASTM：

D440262.5

闪点（℃）ASTM：

D92300

火点（℃）ASTM：

D92320

比重（g/cm3）ASTM：

D701.03

表2：

集料级配及级配限制使用

筛孔尺寸（㎜）等级限制（％）使用灰度（％）

12.5100100

9.572-8377.5

4.7525-3831.5

2.3616-2420

0.612-1614

0.312-1513.5

0.0758-109

表3：

性能组建

性能方法要求价值观

粗骨料

L.A.Abrasion（%）ASTM:

C131<3019.45

片状指数（%）BSEN933-3[31]<202.72

延伸率（%）BS812-105.2[32]<2011.26

集料压碎值（%）BS812-110[33]<3019.10

比重（g/cm3）ASTM:

C127—2.60

吸收率（%）ASTM:

C127<20.72

细骨料

比重（g/cm3）ASTM:

C128—2.63

吸收率（%）ASTM:

C128<20.4

稳健损失（％）ASTM:

C88<154.1

3.3、方法

3.3.1、大部分比重

大部分比重测试执行根据ASTMD2726[35]。

每一个样本加权三次。

首先是干压实样本加权,然后在水中浸泡4分钟,再加权。

接下来,后从水箱中删除是干用湿毛巾和它的重量吗

是测量。

通过这三个量的Eq。

（1）用于计容重的混合物:

（1）

BSG—压实容重的混合物。

A—重量的样品在空气中干燥。

B—重量的饱和面干式样。

C—式样在水中的重量。

三个相同的样本为每个PET的百分比和捏造平均价值被认为是最终结果。

3.3.2、马歇尔稳定度和流

马歇尔稳定度和流测试是根据ASTMD1559[34]。

为了进行测试,马歇尔样本被放置在恒温水槽温度60摄氏度30分钟后开始测试。

然后删除恒温水槽的式样,他们立即投入马歇尔仪器和测试。

马歇尔稳定度是最大负载应用在恒定应变（2。

每分钟）导致失败。

在测试期间用来测量刻度盘的垂直变形式样。

马歇尔流值被表示为垂直变形发生在式样的失败点。

3.3.3、间接抗拉刚度模量（ITSM）

AASHTOTP31标准测试方法（36）是用于间接抗拉刚度模量测试。

万能试验机（UTM）是利用。

测试是由20C和250KPa压力被认为是。

在测试抗压半正矢加载应用在垂直部分的厚度

式样,式样的变形测量通过使用线性变量差动传感器（LVDTs）直径的式样。

刚度混合物的计算通过使用以下方程:

（2）

其中Sm是试件的刚度模量；P应用垂直峰值负载；H振幅水平变形；t试样的平均厚度；v是泊松比（0.35在温度20℃）。

刚度模量测试是一种非破坏性测试,所以它已经进行了每个式样的两倍。

这意味着应用第一次循环加载后（前10负载周期）,式样是旋转90,第二个载荷重复是应用。

第一次和第二次的平均负载重复视为最终结果。

3.3.4、间接抗拉强度（ITS）

间接抗拉强度（ITS）被认为是潜在的试验方法确定沥青混合料的拉伸性能,可以进一步联系沥青混合料的和车辙和开裂性能。

这个测试方法执行依照ASTMD6931[37]在25℃的温度下测试。

在这个测试中圆柱形样本被放置在两个加载条和压缩负荷沿径向平面可以产生相对均匀的拉伸应力和垂直作用于载荷平面。

加载直至试样失败。

则式（3）用于计算的值ITS

（3）

其中:

ITS--间接拉伸强度（Pa）。

Pmax--最大荷载（N）。

t=试样厚度（mm）。

d=试样直径（mm）。

3.3.5、静态蠕变试验

态蠕变试验已被用来作为测试方法评估永久沥青混合料的变形特征。

UTM这是最常见的

测量设备使用沥青混合料的永久变形调查。

在单轴静载测试应用一段1h和沥青混合料的蠕变变形被LVDTs这些测量安装在垂直方向。

然后采用式（4）累积永久变形式样：

（4）

是累积永久变形,h是轴向变形和Ho最初的式样高度。

在200kPa静态蠕变试验进行了压力和温度40度。

3.3.6、动态蠕变试验

相同的设备被用于动态蠕变试验。

在测试期间动态抗压载荷的峰值300kPa被应用。

装运时间100ms和休息时间900毫秒指定用于这项研究。

的数量累积永久菌株记录在3600年申请加载周期。

先前的研究显示应用较低的压力（例如100kPa）不能明确显示修改后的修改对变形性能的影响沥青混合料动态载荷作用下[4]。

因此,较高的应力值在这项研究中。

与相同累积永久变形计算过程的静态测试。

在40度动态蠕变试验进行了,达到一个统一的混合所有的式样都放置在温度控制温度室至少1h。

蠕变试验建立的示意图显示在图1中。

4、结果与讨论

4.1、PET修改对沥青混合料性能的影响

图2说明了大部分比重（BSG）沥青混合料不同的应用程序不同百分比的PET修改。

在图2中可以看到,混合BSG的增加最初在较低的PET内容虽然下降显著更高百分比的PET。

这个结果可能是由于PET是一种高熔点（250C）,超过式样制作温度。

也就是说,通过添加低固体的PETPET粒子填补之间的孔隙骨料颗粒导致更高的BSG和当的PET数量超过0.4%,这些刚性粒子定位骨料颗粒之间可以导致更高的式样体积和降低BSG。

马歇尔商（MQ）的结果如图3所示。

因为它可看到这个数字,MQ的减少了应用程序的价值

PET修改从大约2.2kN/毫米控制混合约1.55kN/毫米PET1%修改后的混合物。

这结果表明混合物的刚性不如PET修改修改的混合物,这可能是由于较低的内部摩擦压实包含PET混合物添加不同比例的PET对刚度的影响压实的混合物。

沥青混合料刚度变化的描述（图4）。

从这个图可以清楚地看到,尽管最初PET的加入增加了刚度,它是在更高PET的数量。

值得注意的是,PET的最大混合刚度达到0.1%4500MPa以上。

改性PET混合物可能由于修改组合灵活性的增强导致更高的变形应用负载下的混合物[25]。

图5显示了间接抗拉强度的结果（其）测试。

从这个图可以确定PET修改后的混合物较低的抗拉强度值静态载荷作用下抗拉混合压实强度下降了约1%——200kPa改性沥青混合料相比,PET控制混合物。

这个结果可能表明PET混合物更修改容易对低温开裂[39]。

未修改的永久变形特性PET改性沥青混合物在静态和评价动态加载应用程序。

无花果。

6和图7分别显示静态和动态测试结果。

它可以观察到这些数字,PET下修改后的混合物有不同的行为静态和动态载荷。

因为它是意识到从图6中最低的永久变形量为0.1%的PET修改然而混合物的变形量增加更高的PET内容和应用程序达到顶峰1%的PET。

另一方面,我们可以看到从图7PET修改后的混合物动态下的永久变形量减少加载控制混合物,混合物的使用相比更高的PET内容显示更高的抵抗永久变形。

值得注意的是,混合修改PET永久变形增量的1%静态荷载作用下约3000ls和衰减大约是5000ls在动态加载。

这个结果可以被称为修改后的混合物的灵活性。

也就是说提高灵活性的混合物在更高的PET内容的数量应用抗压荷载作用下变形增加。

虽然动态加载变形的混合物可以找到经济复苏时间回到初始条件。

4.2、永久变形的PET修改之间的关系沥青混合料和其他混合属性

4.2.1、准备永久应变和体积比重

BSG的PET的变化修改混合物对累积永久变形（CPS）在静态和动态载荷图8所示。

从这个图中,因为它可以实现整体为每个加载类型BSG的趋势是不同的,当PET较低的改性沥青混合料BSG更高的CPS的经历在静载荷下,BSG显示较高的混合物更高的永久应变动态载荷作用下。

它还可以从这个图的CPS被理解PET修改后的混合物在静态和动态载荷达到相同的值的BSG2.2955。

此外,混合物BSG约2.296显示有不同的CPS值,这可能是指PET的比例混合,可以修改没有造成影响混合物的力学性能BSG值相当大的变化。

4.2.2、永久应变和马歇尔商

从图9可以清楚地看到,有一个逆永久应变之间的关系,在静态和MQ动态载荷。

与永久性MQ有直接关系动态载荷作用下变形时CPS值增加MQ的增量,然而在静态加载的趋势低线向下,混合物在MQ显示更高的变形。

就像前面提到的一些文献考虑MQ作为性能评价的标准沥青混合物,认为较高的混合物MQ值有较高的抗永久变形然而,这项研究的结果表明,尽管这一标准为永久变形可能是可以接受的电阻的PET修改静态荷载作用下混合,它不能成为一个真正的指标的动态加载。

4.2.3、永久变形和刚度

刚性或弹性沥青混合料模量最多受欢迎的形式的应力-应变测量用来评估混合物的弹性性质。

在图10的PET的刚度值修改混合物密谋反对CPS值。

如该图所示,PET改性沥青混合料高刚度值静态载荷作用下降低CPS值。

另一方面,以备不时之需动态加载CPS增加更高的混合物刚度值。

在过去调查使用矿物纤维,纤维素纤维和SBS在沥青混合料,这是发现严厉的混合物最低下的永久变形动态加载[29]。

此外,另一项研究通过塔伊富尔等人在不同聚合物修饰符显示混合物用更高的刚度值较高和较低的永久变形静态和动态载荷分别[12]。

然而,本研究的成果更兼容以前的研究用PET替代细骨料颗粒（plastiphalt）显示尽管PET改性沥青混合料有较低的刚度与修改的混合物相比,他们有高动态下抵抗永久变形载荷[21]。

4.2.4、永久应变和间接抗拉强度（ITS）

因为它是观察到图11趋势之间的关系和CPSPET混合物不同在静态和动态修改载荷。

从这个图很明显,混合物更高的价值观有更高的CPS在动态载荷。

然而,静态可以观察到不同的关系测试时的CPS减少通过增加其数量。

4.3、统计分析

为了有更好的理解的关系永久变形之间的PET混合物和修改其他混合属性应当执行统计分析。

在这项研究中使用SPSS软件进行回归分析来检查这些关系,和结果总结在表4和5。

回归模型和类型表中相关系数表示,它可以看到,几乎在所有的情况下,有很强的相关性之间的选择参数。

图1：

蠕变装置示意图[38]

图2：

添加不同比例的PET对压实混合料的容重的影响

图3：

添加不同比例的PET对马歇尔商压实的混合效果

图4：

添加不同比例的PET对混合物的刚度的影响

图5：

添加不同比例的PET对压实混合料拉伸强度的影响

图6：

静载下添加不同比例的PET对压实混合料的永久变形的影响

图7：

动载下添加不同比例的PET对压实混合料的永久变形的影响

图8：

累积永久变形与容重

图9：

累积永久变形与马歇尔商数

图10：

累积永久变形与刚度

图11：

累积永久变形与间接抗拉强度

表4：

混合料性质及PET模型

表5：

混合特性和累积永久变形模型

5、结论

本文试图描述车辙改性沥青混合料在静态和PET的行为动态载荷,并找到变形之间的关系和其他混合属性。

根据结果,可以得到以下结论:

（1）沥青混合料的容重和刚度值增加最初通过使用少量的PET。

尽管他们在更高数量的减少PET的内容。

（2）马歇尔商和间接抗拉强度值减少了应用程序的PET,使用更高的金额的PET导致降低马尔系数和拉伸强度值。

（3）PET修改容重较高的混合物,马歇尔系数、刚度和抗拉强度静态下累积永久压力较低加载。

（4）在动态测试的情况下,PET数量的比重较低的改性沥青混合物;马歇尔系数、刚度和抗拉强度较低的累积永久应变值。

（5）基于本研究成果,可以得出的结论是,PET改性沥青混合料有不同的静态和动态载荷下车辙行为。

当使用PET可能恶化混合物车辙的财产静态载荷作用下,它（6）可以是一个优越的修改人行道上面临动态载荷。

常用的检测方法如马歇尔、刚度和以前用来预测沥青混合料车辙易感性不能评价改性沥青混合料的抗车辙的PET适当的标准强度试验。

致谢:

本研究得到了马来亚大学的研究基金（项目编号:

er030-2011a）。

作者想谢谢马来亚大学研究基金提供我们使这个研究项目的机会。

参考文献：

【1】MatthewsJM,MonismithCL.有限集料级配对徐变的影响沥青混合料路面预估的反应。

ASTMSTP