KTL聚酯纖維復式加筋微表處混合料性能試驗研究

蘇霍然，李子祥，馬敬坤

（1.河北工業大學土木工程學院，河北省土木工程技術研究中心，天津 300401；2.河北交通職業技術學院，河北 石家莊 050091）

1 概述

目前，我國高速公路已進入建設與養護并重的時期。據統計，截至2009年底，我國瀝青混凝土公路里程已達48.89萬km[1]。并且在未來的道路交通發展中，瀝青路面仍將在我國高等級公路中占有絕對優勢，而瀝青路面受使用狀況和壽命制約，預防性養護必不可少。美國SHRP計劃的重要成果也指出，在整個路面使用周期內進行3～4次的預防性養護，可節約養護費用45%～50%[2]。預防性養護是將改性瀝青、水、適當級配的集料、填料、添加劑等按照一定比例配合并通過專用的機械設備進行拌和，分兩層迅速地攤鋪在路面上，形成15 mm左右厚的薄層，并能在短時間內開放交通。復式加筋微表處的表層采用較粗集料，主要做磨耗層使用，在表層加入特定的纖維，可以提高其抗剪強度和彈性恢復能力，從而提高抗裂性能；底層采用較細集料，主要用于提高路表的抗滑性能和平整度，改善行車舒適性。復式加筋微表處不僅具有普通微表處開放交通時間短、施工方便易行、成本低等優點，還因其加入了纖維，使得微表處的各項指標及使用壽命得到提高，更適應公路養護工作的發展需求。

2 原材料性能

2.1 纖維

1） 纖維種類的選擇。本試驗采用KTL聚酯纖維。KTL聚酯纖維是以聚酯為原料采用特殊工藝生產出來的瀝青混凝土加強抗裂纖維。聚酯纖維在-40～250℃的溫度內不脆化、不軟化變形，與瀝青有良好的吸附性且不纏繞，在正常的摻量下每1 kg瀝青混合料中有將近200萬根纖維多向分布對混合料進行加強，使混合料的高溫抗車轍能力、低溫抗裂能力、耐久性等技術指標明顯提高，從而延長微表處壽命。KTL聚酯纖維的基本性能如表1所示。

KTL復合改性纖維是北京天成墾特萊科技有限公司開發生產的專利產品（專利號：2006101112404），它基本成粉末狀，與混合料拌和均勻，基本沒有結團現象。

表1 KTL聚酯纖維的物理性能

2）摻加量選擇。根據國內外試驗的經驗與試驗結果，選用摻加量為0.05%、0.18%、0.20%、0.25%和0.30%進行對比試驗。

2.2 改性乳化瀝青

本試驗所用的改性乳化瀝青的乳化劑為慢裂快凝MQK-1M。膠乳為進口1468，它能顯著提高瀝青低溫變形能力，改善瀝青溫感性和黏彈性[3]。基質瀝青為AH-70，試驗所用改性乳化瀝青質量檢測結果如表2所示。

表2 改性乳化瀝青檢測結果

2.3 集料

集料作為微表處的重要組成部分，對微表處的性能影響很大，它占微表處混合料總質量的90%以上。在歐美發達國家，微表處所用的礦料均采用100%的軋制碎石，并要求專業化生產，礦料級配十分穩定[4]。本試驗集料選自河北省易縣玄武巖，選用強度等級為32.5的普通硅酸鹽水泥作為填料。級配采用MS-3型稀漿封層混合料配比，具體篩分結果及配合比確定見表3。

表3 表層礦料級配標準及配比

2.4 水

水的用量是否適宜直接決定了稀漿的稠度以及攤鋪效果。微表處所用的水不應含有害的可溶性鹽、能引起化學反應的物質和其他污染物，一般可采用飲用水[5]。

3 復式加筋微表處混合料試驗

3.1 纖維的添加方法及分散性能

纖維在混合料中的分散情況直接影響纖維微表處混合料的性能[6]。如果纖維分散不均勻，出現結團現象將導致瀝青乳液在混合料中分布不均勻，結團的纖維會吸收較多的瀝青，攤鋪碾壓等施工和易性變差，且造成微表處耐久性下降，纖維結團也不利于纖維性能的發揮。

試驗中發現，若將瀝青乳液和水先與石料拌和，再加入纖維，纖維較易結團。故應先將纖維加入石料中進行預拌和，待纖維分散較為均勻后，再加入瀝青乳液和水進行拌和。在實際施工中，由于要先進行預拌和，故應當延長拌和時間，以確保纖維在混合料中混合均勻。

3.2 可拌和時間試驗

拌和試驗的目的是確定稀漿混合料的可拌和時間和成漿狀態[7]。試驗表明在微表處混合料中加入纖維，會增加用水量。為判斷KTL纖維對混合料用水量的影響，選擇6.5%的油石比，石料100 g，用水量均為7.5 g，對不同添加量進行拌和試驗，結果見表4。從結果中分析得出對于KTL纖維當纖維摻量超過0.22%時，拌和時間不再滿足要求。采用0.20%的纖維摻量進行下面的混合料試驗。

表4 纖維摻量對拌和時間的影響

3.3 纖維摻加量及油石比對混合料黏聚力的影響

在其他試驗條件不變的情況下，根據文獻 [7]中的方法，變化不同的油石比，考察纖維用量和不同油石比對混合料黏聚力性能的影響。具體試驗結果見表5。通過試驗得出隨著油石比的增大，黏聚力值逐漸增加。通過對比發現，KTL纖維的黏聚力指標要好于普通微表處。

表5 纖維摻量0.20%時的黏聚力試驗結果

3.4 混合料濕輪磨耗、黏砂量、車轍試驗分析

1 h濕輪磨耗試驗主要用來控制混合料的最小瀝青用量，評價混合料的耐磨耗能力和瀝青與集料的裹附能力。混合料的耐磨耗能力越強，磨耗值越小。黏砂量試驗是用來控制瀝青用量的上限值。通常，油石比越大，試件表面所黏附的砂量也就越多。負荷車輪試驗主要用于測試混合料的抗車轍能力。它是將條形試樣放在負荷車轍試驗儀碾壓1 000次后，得到單位寬度上的側向變形率和單位厚度的車轍深度率來評價混合料的抗車轍能力，規范中規定的寬度變化率限值為5%。試驗儀器采用LWT-65型負荷輪試驗儀，加載重量40 kg，行程300 mm。混合料的側向變形率和車轍深度率越小，表示混合料的抗車轍能力越好。1 h濕輪磨耗試驗可與黏砂量試驗一起確定混合料的最佳瀝青含量，見表6。

通過試驗得出，隨著油石比的增大，KTL復式加筋微表處的磨耗值逐漸減小，黏附砂量逐漸增大，寬度變化率先減小后增大。

表6 纖維摻量0.20%時的濕輪磨耗和車轍變形試驗結果

在相同油石比的情況下，KTL復式加筋微表處的磨耗值小于普通微表處，說明纖維的增加能改善微表處的抗磨耗能力。KTL復式加筋微表處的抗變形能力優于普通微表處，說明纖維在混合料中起到了加筋的作用。纖維在混合料中形成了縱橫交錯的纖維網，使微表處的黏結力提高，將減少路面因松散發生破壞的情況，減少車轍的產生。瀝青依附在纖維表面，形成了結構瀝青，減少了混合料中自由瀝青的數量，降低了出現油斑的可能性，使瀝青的黏性增大，軟化點提高，提高了其高溫穩定性。

4 結語

KTL聚酯纖維復式加筋微表處與普通微表處相比，抗磨耗性能、抗水損壞性能有所提高，變形能力有所提高，有助于延長微表處的使用壽命。復式加筋微表處中的KTL纖維起到了加筋的作用，提高了混合料的黏結性，能夠有效減少裂縫的產生。

[1]交通部規劃司.2009年公路水路交通運輸行業發展統計公報[R].北京：中華人民共和國交通部，2009.

[2] 龍海輝，諸葛文杰，胡浩.瀝青路面預防性養護新技術[J].華東公路，2010（1）：7-9.

[3] 梁乃興.現代路面與材料[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4]黃新顏.MS-4新型微表處試驗與施工研究[D].湖南：湖南大學，2009.

[5] 李栓.微表處混合料設計分析及級配優化研究[D].西安：長安大學，2008.

[6]劉海峰.纖維對改良微表處混合料性能的試驗[J].中國市政工程，2009（2）：9-10.

[7]交通部公路科學研究院.微表處和稀漿封層技術指南[M].北京：人民交通出版社，2006.