前言

　　近年來，纖維應用于瀝青混合料中，其良好的加筋作用明顯改善瀝青混合料的物理力學性能和增強瀝青混合料的整體強度的特點，逐漸被路面材料研究者認同，并且成為研究的重要方向。瀝青路面中使用的纖維大體分為硬纖維和軟纖維[1]。其中硬纖維（如鋼纖維）使得瀝青混合料具有高強度、耐高溫和高彎曲彈性、高取向性的特點，但是它與瀝青混合料之間粘附性能較差，導致纖維的握裹力變差，影響瀝青混合料路用性能。而應用較為廣泛的軟纖維（如聚酯纖維、聚丙烯晴纖維等）具有質量輕、耐高溫、耐久性以及抗腐蝕性能較強，研究表明摻加聚酯纖維的瀝青混合料路面結構整體強度明顯增強，路面抗彎拉強度以及抗剪強度有所提升[2]，從而大大降低了路面裂縫的數量。因此，本文針對聚酯纖維對改善瀝青混合料的路用性能進行討論。

　　1原材料

　　1.1基質瀝青

　　本文中基質瀝青采用道路石油瀝青70號，各項技術性能指標見表1所示，均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTJ F40-2004）中對瀝青的技術要求。

　　表1 瀝青技術性能指標試驗結果

　　性能指標技術指標試驗值

　　針入度（25℃，100g，5s）（0.1mm）60-8065

　　軟化點（℃）≥4447.5

　　延度（5cm/min,15℃）（cm）≥100＞150

　　溶解度（三氯乙烯）（%）≥99.099.5

　　動力粘度（60℃）（Pa.s）≥180194

　　老化后（163℃，85min）針入度比（%）6164

　　質量損失（%）±0.80.4

　　延度（10℃）（cm）≥654

　　1.2礦料

　　粗集料、細集料以及礦粉均采用石灰巖，表面潔凈、干燥、無雜質、無風化，同時其性能指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）中對集料以及礦粉質量的要求。如下表2、表3、和表4所示：

　　表2 粗集料技術性能指標試驗結果

　　性能指標技術指標試驗值

　　壓碎值（%）≤2611.8

　　洛杉磯磨耗損失（%）≤2816.4

　　表觀相對密度≤2.62.77

　　吸水率（%）≥2.00.7

　　堅固性（%）≤126

　　針片狀顆粒含量（%）≤157.6

　　水洗法＜0.075mm顆粒含量（%）≤10.5

　　磨光值PSV≥4257

　　與瀝青粘附性5級5級

　　表3 細集料技術性能指標試驗結果

　　性能指標技術指標試驗值

　　表觀相對密度≥2.52.73

　　堅固性（＞0.3mm）（%）≤126.3

　　含泥量（%）≤31.4

　　砂當量（%）≥6075

　　表4 礦粉技術性能指標試驗結果

　　性能指標技術指標試驗值

　　表觀密度（g/cm3）≥2.52.69

　　含水量≤10.4

　　外觀無團粒結塊無團粒結塊

　　親水系數＜10.8

　　塑性指數＜42.7

　　1.3聚酯纖維

　　本試驗中摻加的聚酯纖維具有良好的吸油性和粘附性，耐高溫性能以及抗拉強度也較高，其技術性能參數如下表5所示：

　　表5 聚酯纖維技術指標

　　材質聚酯熔點＜255-256℃

　　長度6-8mm燃點554-559℃

　　比重1.37彈性模量＞11800Mpa

　　顏色白色抗拉強度500Mpa

　　2級配選擇

　　2.1礦料級配

　　通過原材料篩分結果，對混合料級配組成進行計算，從而確定各種礦料用量的比例，并根據《公路瀝青路面施工技術規范》中對礦料級配的上、下限范圍的控制要求。為了保證試驗結果的準確度，對所有礦料進行水洗并烘干后采用。如下表6，圖1所示礦料級配組成。

　　表6 礦料級配組成

　　材料組成篩孔尺寸（mm）

　　1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075

　　通過百分率（%）

　　合成級配10097.576.45437.926.719.516.513.16.4

　　級配上限100100856850382822208

　　級配下限1009065382415101274

　　級配中值1009576.5533726.5191713.56

　　圖1 級配曲線圖

　　2.2油石比確定

　　根據試驗前期，對未摻加聚酯纖維的瀝青混合料進行過技術評價，其最佳瀝青用量為5.4%，但是由于纖維具有較強的吸附能力，導致瀝青用量通常比普通瀝青混合料中瀝青多。因此，綜合考慮對聚酯纖維摻量為0.25%的瀝青混合料分別采用油石比5.4%、5.5%以及5.6%三種瀝青用量進行馬歇爾試驗的測定，通過下表7的對比分析，選用5.5%作為摻加0.25%聚酯纖維的瀝青混合料的油石比。

　　表7 瀝青混合料體積指標

　　油石比密度空隙率間隙率飽和度穩定度流值最佳油

　　(%)(g/cm3)(%)(%)(%)(KN)(0.1mm)石比（%）

　　5.32.4394.916.367.113.926.05.5

　　5.42.4424.816.269.614.528.3

　　5.52.4454.716.271.415.430.6

　　3路用性能

　　3.1高溫

　　依據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ 052-2000）中對瀝青混合料在最佳瀝青用量下進行高溫車轍試驗，并通過動穩定試驗結果對比分析摻加與不摻加聚酯纖維瀝青混合料的高溫性能的差別。動穩定試驗結果如下表8所示：

　　表8 瀝青混合料車轍試驗結果

　　纖維劑量次數變形(mm)DSDS平均值

　　（%）51015304560(次/mm)(次/mm)

　　012.873.213.744.595.225.8012301168

　　22.983.454.024.945.616.001105

　　33.013.323.984.785.585.921168

　　0.2512.963.353.774.655.065.4019121810

　　22.923.413.784.574.985.311850

　　33.003.423.714.655.145.511668

　　從表8試驗結果可以看出，加入聚酯纖維后，瀝青混合料動穩定得到明顯的提高，動穩定度從1168次/mm到1810次/mm。由此可以看出，纖維對抑制集料間的相對滑移起到一定作用，實際上聚酯纖維的加入增強了瀝青的穩定作用，而且有利于聚酯纖維與細集料形成有效的網絡結構。在高溫下，這種網絡結構有效的約束并限制了集料間的滑移，使得礦質骨架結構更加穩定，也有利于減小豎向變形的發生，從而使得瀝青混合料的動穩定度增大。

　　許多研究表明[3]，聚酯纖維摻量的變化也會導致瀝青混合料動穩定度的一定變化。根據摻加不同劑量聚酯纖維的動穩定度變化規律發現，并不是可以無限大的增加聚酯纖維的摻量，當達到某一范圍后，瀝青混合料動穩定會隨著摻量的增加反而降低。這主要是因為過大的纖維摻量，容易結團，嚴重影響了纖維的分散均勻性，起不到對瀝青混合料的穩定以及加筋作用，才使得動穩定度有所降低。

　　3.2低溫

　　依據《規程》[4]相關規定，對摻加聚酯纖維和未摻加聚酯纖維的瀝青混合料在最佳油石比下進行低溫彎曲試驗，并通過計算分析抗彎拉強度、最大拉應力以及彎曲模量，如下表9所示：

　　表9 瀝青混合料低溫彎曲試驗結果

　　纖維摻量最大荷載撓度彎拉強度最大應變彎曲勁度

　　（%）（KN）（mm）（MPa）（10-6）模量（MPa）

　　01.1530.4619.41224153897

　　0.251.3680.64511.16733863298

　　從上表9可知，瀝青混合料摻加聚酯纖維后，其低溫抗彎拉強度以及破壞時的最大彎拉應變都有較為明顯的提高，證明聚酯纖維對瀝青混合料的低溫抗裂性能有顯著的改善。這種改善效果與聚酯纖維對混合料的加筋作用關系密切，同時增強了瀝青混合料的柔韌性，表現在低溫彎曲勁度模量的減小。因此纖維加筋增韌作用對瀝青混合料的低溫性能的改善是有效的。

　　3.3水穩定性

　　凍融劈裂試驗是評價瀝青混合料水穩定性能的常見方法，因此依據《規程》進行凍融劈裂試驗，并計算分析抗拉強度以及殘留強度比，如下表10所示試驗結果：

　　表10 瀝青混合料浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗結果

　　浸水馬歇爾試驗

　　纖維劑量（%）MS（KN）MS1（KN）MS0(%)

　　011.689.5381.6

　　0.2514.3813.1491.4

　　凍融劈裂試驗

　　纖維劑量（%）RT1（Mpa）RT2（Mpa）TSR(%)

　　00.8150.64679.3

　　0.250.9020.79888.5

　　摻加聚酯纖維的瀝青混合料凍融劈裂強度比較未摻加纖維的瀝青混合料明顯要高，而且聚酯纖維瀝青混合料的殘留穩定度值也有明顯增加，因此說明聚酯纖維的增加，伴隨著適當的瀝青用量增加，使得礦料表面瀝青膜厚度的增大，有利于增強結構瀝青與礦料間的界面作用，大大的提高了瀝青混合料的水穩定性。但是并不是纖維摻量越大，瀝青混合料水穩定性就提高的越大。相反，當超過一定摻量后，混合料水穩定性有所降低，這是因為過量的聚酯纖維由于分散性較差，使得瀝青混合料的空隙率增大，增大了混合料受水侵蝕以及凍融損害的風險。

　　總之，本文根據規范規定，通過對比分析瀝青混合料摻加聚酯纖維與未摻加纖維的高溫、低溫以及水穩定性綜合分析，認為摻加適量的聚酯纖維對提高瀝青混合料高溫性能較為明顯，也增強了混合料抵抗低溫抗裂變形能力和瀝青混合料抗水損害能力，有利于提高路面力學強度和瀝青混合料的耐久性能。

　　參考文獻

　　[1] Bradley J.Putman，Serji N. Amirkhanian.Utilization of waste fibers in stone matrix asphalt mixtures. Resources，Conservation and Recycling，2004，42(3):265-274

　　[2] 陳富強，樊統江，徐棟良，張陽.聚醋纖維加強瀝青混凝土路面研究[J].公路

　　交通技術，2007(02)

　　[3] 王林攀 聚酯纖維瀝青混合料性能及工程應用研究 合肥工業大學 2008  碩士論文

　　[4] 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程（JTJ 052-2000）

　　[5] 于斌 纖維瀝青膠漿流變特性及纖維瀝青混合料路用性能研究 長安大學 2009 博士論文