一種低熱收縮率增強瀝青混凝土用聚酯纖維

張 杰，倪建華，何唯平，鄭 偉，強 哲，田 原

（1.上海啟鵬工程材料科技有限公司，上海 201209；2.東華大學纖維改性材料國家重點實驗室，上海 201620；3.深圳海川工程科技有限公司，廣東 深圳 518040）

一種低熱收縮率增強瀝青混凝土用聚酯纖維

張 杰1，倪建華2，何唯平3，鄭 偉1，強 哲2，田 原2

（1.上海啟鵬工程材料科技有限公司，上海 201209；2.東華大學纖維改性材料國家重點實驗室，上海 201620；3.深圳海川工程科技有限公司，廣東 深圳 518040）

在瀝青混凝土中摻加短絲法和長絲切斷兩種不同方法制備的聚酯工程纖維，并對兩種混凝土試塊進行殘留穩定度實驗、凍融循環后的劈裂抗拉性能試驗和抗車轍能力試驗，發現通過摻加工程纖維后，瀝青混凝土的幾項重要性能有了顯著提高，且兩種方法制備的工程纖維的增強效果相近。

聚酯纖維；瀝青混凝土；增強作用

隨著國民經濟的迅速發展，國內高等級公路和城市道路中大部分路面相繼轉變為瀝青路面。然而道路上行駛車輛的高密度、快車速和軸載加重的日益加強，對瀝青路面提出了越來越高的要求。針對現有瀝青路面來說，減少道路危害，延緩路面服務能力的衰退，提高道路壽命是世界各國進行研究的重要課題之一［1］。瀝青路面的設計大修期為15年，而目前我國的瀝青路面往往8～10年就需要進行檢修。以路面壽命30年計，資料表明這期間用于道路的維修費用幾乎等于新建道路的投資［2］。影響公路質量重要的因素之一是路面損傷，其中最突出的表現為路面裂縫，這也促使瀝青路面技術不斷進行改進和更新。將各種品種的纖維材料應用于瀝青路面的改進就是其中之一。

自20世紀80年代以來，歐美一些國家就廣泛開始了加強瀝青材料的應用研究工作，并在纖維加強瀝青路面方面做了大量的工作［3］。通過對瀝青混合料摻加纖維的研究和觀測表明，摻加纖維可以改善瀝青混合料的高溫穩定性、疲軟耐久性，并且具有防止反射裂縫的性能。正是由于采用纖維混合料具有以上優良特性，才修復了大量高速公路及其它重要交通公路設施。

在瀝青混合料中加入高分子合成纖維加筋材料（聚酯纖維），能夠對瀝青混凝土起到增強作用，能夠極大地提高路面的柔韌性，從而提高瀝青路面的高溫抗車轍能力、高溫穩定性、抗疲勞性能、抗滲水性能、抗滑性能及行車噪音等路用綜合性能，使瀝青路面使用壽命大大延長。

1 實 驗

1.1 原料

短絲法制備低熱收縮高性能聚酯（滌綸）工程短纖維（上海啟鵬工程材料科技有限公司生產），干熱收縮率＜10%（200℃）；

滌綸長絲切斷短纖維（上海啟鵬工程材料科技有限公司生產），干熱收縮率＜15%（200℃）；

埃索70＃基質瀝青（市購）。

兩種纖維的具體性能指標如表1所示。

表1 兩種纖維的性能指標

瀝青混凝土配合比：

灰綠巖集料：10～15；石料：10～5；石料：0～5；石料∶礦粉＝25∶23∶48∶4。

油石比：5.0%。

1.2 實驗條件

纖維摻量：3‰（質量比）。

拌和時間：先將纖維和加熱集料干拌5 min，加入瀝青拌和90 s，再加入礦粉拌90 s，瀝青混合料出鍋成型（室內拌合試驗）。

試驗溫度：集料烘干溫度穩定在180～190℃，瀝青加熱溫度為150～160℃，拌和溫度為180～190℃，車轍成型機預熱溫度為（100±5）℃。試模和小型擊實錘放入（100±5）℃的烘箱中預熱1 h，試塊成型溫度為（160±5）℃。

1.3 實驗方法

1.3.1 殘留穩定度試驗

制備完成的試塊浸泡在（60±0.5）℃的恒溫水浴保溫48 h后，測試其穩定度，用以表征瀝青混凝土的殘留穩定度。

1.3.2 凍融劈裂抗拉強度比試驗

凍融試塊放在（－18±2）℃下冷凍（16±1）h，再在（60±0.5）℃恒溫水浴保溫24 h，再放入（25 ±0.5）℃的恒溫水槽中保溫2 h以上；未凍融的試塊直接放在（25±0.5）℃的恒溫水浴中保溫2 h以上，分別測試其劈裂抗拉強度。

劈裂強度FTS按GB7897.3－87標準規定執行，并按劈裂強度FTS（MPa）＝29／πbh計算，這里P為破壞載荷（N）；b為試樣截面寬度（40 mm），h為試樣高度（40 mm）。

1.3.3 車轍動穩定度試驗

該研究采用車轍試驗方法（T0719－1993）來評價車轍動穩定度。將試件制成30 cm×30 cm×5 cm，在60℃條件下保溫5 h，采用荷載0.7 MPa的輪胎在上面往返行走60 min（試驗溫度60℃），由變形量與時間關系曲線得到動穩定度DS。DS＝a ×（t2－t1）／（d2－d1）（次／mm），其中a為42次／min的輾壓次數，t2－t1取60 min的最后15 min；d2－d1為60 min的最后15 min的變形。動穩定度越大，表明試件在高溫下的穩定性越好。

2 結果與討論

2.1 殘留穩定度實驗結果

經過實驗后，得出實驗數據如表2所示，其中未加纖維瀝青混凝土試塊的穩定度為6.555 kN，殘留穩定度為85.4%。

由表2中數據可以看出，瀝青混凝土在摻入工程纖維后，穩定度有了一定程度的提高（由于細骨料質量問題，導致試塊穩定度較低），殘留穩定度分別提高了近14%，且短絲法制備的聚酯工程纖維與滌綸長絲短切制備的短纖維對瀝青混凝土增強效果接近，說明兩種纖維在穩定度方面增強效果很相近。

2.2 凍融劈裂抗拉強度比試驗結果

瀝青混凝土試塊凍融循環實驗后，劈裂抗拉強度比結構如表3所示，其中未摻加纖維的瀝青混凝土試塊的劈裂抗拉強度為0.566 MPa，凍融劈裂抗拉強度比為72.6%。

表2 摻入纖維的兩種瀝青混合料殘留穩定度

表3 摻入纖維的兩種瀝青混合料凍融劈裂抗拉強度比

由表3中數據可以看出，瀝青混凝土在摻入兩種不同的工程纖維后，瀝青混凝土的劈裂抗拉強度有了提高，抗凍融循環性能有了顯著的提高，抗拉強度比分別提高了近11%和20%；但短絲法制備的聚酯工程纖維與滌綸長絲短切制備的短纖維對瀝青混凝土增強效果有一定的差別，滌綸長絲的增強效果更加顯著，達到了92.9%。說明兩種纖維對瀝青混凝土的抗凍融循環能力都有增強作用，滌綸長絲的增強效果更大一些。

2.3 車轍動穩定度試驗

摻加纖維的瀝青混凝土試塊抗車轍能力如表4所示，其中未摻加纖維的瀝青混凝土試塊的抗車轍能力為3 249次／mm。

由表4中數據可以看出，瀝青混凝土在摻入工程纖維后，瀝青混凝土的抗車轍能力分別提高了32%和21%。雖然兩種纖維對瀝青混凝土的抗車轍能力都有增強作用，但短絲法制備的聚酯工程纖維與滌綸長絲短切制備的短纖維對瀝青混凝土增強效果更加顯著。主要原因是由于低熱收縮短絲法纖維除了抗張強度高之外，耐高溫性能好可能是一個非常主要的因素。

表4 摻入纖維的兩種瀝青混合料的車轍動穩定度

3 結 論

通過對摻加兩種工程纖維瀝青混凝土進行的一系列測試表明：

a）加入聚酯工程纖維后，試塊穩定度和殘留穩定度均顯著提高，且兩種方法制備的纖維對試塊的增強效果相近。

b）加入兩種不同聚酯工程纖維后，試塊的凍融劈裂抗拉性能有了顯著提高，抗拉強度比分別提高了近11%和20%，且滌綸長絲制備的工程纖維增強效果更為優秀。

c）加入兩種不同聚酯工程纖維后，試塊的抗車轍穩定性能有了顯著提高，抗車轍性能分別提高了近32%和21%，且短絲法制備的工程纖維增強效果更為優秀。

綜上所述，瀝青混凝土中摻加聚酯工程纖維能夠顯著提高混凝土的性能，且兩種方法制備的工程纖維對混凝土的增強效果很接近，但是短絲法的生產成本更低，經濟效益顯著。

1 張勇強，羅乙.聚酯纖維材料在瀝青混凝土橋面鋪裝上的應用［J］.公路，2003（5）：117～118

2 劉衛東.纖維增強混凝土水工性能的研究［C］.東華大學博士論文，2010

3 陳華鑫，李寧利，胡長順，等.纖維瀝青混合料料路用性能［J］.長安大學學報，2004，24（2）：126

4 吳少鵬，薛永杰，張登峰.聚合物纖維改性瀝青混凝土的研究［J］.武漢理工大學學報，2003，25（12）：47～49

Low thermal-shrinkage polyster-fiber for the reinforcement of asphalt concrete

Zhang Jie1，Ni Jianhua2，He Weiping3，Zheng Wei1，Qiang Zhe2，Tian Yuan2

（1.Shanghai KNP Chemical Ltd，Shanghai 201209，China；2.State Key Lab for Modification of Fibers and Polymer Materials，DongHua University，Shanghai 201620，China；3.Shenzhen OceanPower Engineering Technology Co.Ltd，Shenzhen Guangdong 518040，China）

The mechanism of asphalt concrete reinforced with polyster-fiber was analysed in this paper.The performance of concrete was tested，including residual stability test，splitting-tensile resistance test after freeze-thaw cycles and rutting resistance test.It was found that the performance of concrete was significantly increased，and the reinforcing effect of two kinds engineering fiber was similar.

polyster-fiber；asphalt concrete；reinforced

TQ342.2

：B

：1006-334X（2010）04-0043-03

2010－06－11

張杰（1956－），碩士，主要研究領域為工程材料的研制及開發。