纖維瀝青混凝土性能的試驗研究*

陳晉華

(福建船政交通職業學院，福建 福州 350007)

隨著交通量的快速增長、軸載的加重及人們生活水平的日益提高，對道路使用質量和服務壽命的要求越來越高.傳統材料難以滿足使用需求，人們越來越多在瀝青路面中應用新型材料.歐美一些國家于20世紀七八十年代就開展新型纖維增強材料在道路上應用的研究，做了大量的工作，取得了很好的應用效果［1］.我國早期在瀝青混合料中通常使用木質素纖維穩定劑，但在應用過程中發現木質素纖維太短且脆，在瀝青混合料中不能充分發揮增韌作用.目前我國使用的化學纖維主要包括聚脂纖維、聚丙烯腈纖維等.本文對Bonifibers及Dolanit AS兩種典型纖維與不摻纖維的AK一13進行馬歇爾試驗、高溫車轍試驗、飛散試驗、殘留穩定度試驗、小梁低溫彎曲試驗，對比分析纖維對瀝青混合料的加強作用及改善效果.

1 試驗材料

1.1 瀝青

采用5%SBS改性殼牌70#瀝青，其性能指標如表1所示.

表1 瀝青性能指標

1.2 纖維

我國目前使用的聚合物纖維主要有2種，分別是美國博尼維(Bonifibers)和德國德蘭尼特(Dolanit AS)，其技術指標如表2所示.

表2 纖維技術指標

2 路用性能試驗

試驗所選纖維統一為混合料重量的2.25‰，所選混合料級配為AK一13級配中值.

2.1 馬歇爾試驗

根據馬歇爾試驗結果并結合實際經驗綜合確定未摻纖維、摻Dolanit AS纖維及摻Bonifibers纖維混合料的最佳油石比分別為 5.2、5.4、5.3，由此可見，摻入增強纖維提高了瀝青用量.

2.2 瀝青混合料車轍試驗

按未摻纖維、摻Dolanit AS纖維及摻Bonifibers纖維混合料最佳油石比分別制作混合料試件，在標準試驗條件下，以60℃作為車轍試驗標準溫度，加載水平為0.7MP，通過1h持續試驗，記錄荷載－變形曲線，以試件在變形穩定時期，每增加1mm變形需要行走的次數(即動穩定度，次/mm)來評價混合料的高溫穩定性，其試驗結果如表3所示.

表3 車轍試驗結果

從表3結果可以看出，摻Dolanit AS纖維及摻Bonifibers纖維混合料的動穩定度明顯高于未摻纖維混合料的動穩定度，其提高幅度達45% －55%不等;從車轍試驗的總變形率來看，摻Dolanit AS纖維及摻Bonifibers纖維混合料的總變形值也都較小，其變化規律與動穩定度相一致，由此看出摻加Dolanit AS及Bonifibers纖維的瀝青混合料可用于重載、高溫地區.

2.3 低溫小梁彎曲試驗

隨著溫度降低，瀝青混合料強度和勁度得到提高，而變形能力卻下降，并出現脆性破壞.低溫小梁彎曲主要用于評價瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗按未摻纖維、摻Dolanit AS纖維及摻Bonifibers纖維混合料用最佳油石比分別按車轍試驗成型試件，再用切割機切割成30mmx35mmx250mm的條形試件，在彎曲試驗儀上以試驗溫度為－l0℃，加載速率為50mm/min的試驗條件進行試驗，試驗結果如表4所示［2］.

表4 小梁低溫彎曲試驗結果

由表4小梁彎曲試驗結果可以看出，纖維瀝青混合料在低溫環境下所能承受的強度與應變都明顯提高，其提高幅度分別達15%－30%與10%左右.從試件的斷裂面上也可以明顯看出，未加纖維的混合料試件在荷載達到最大值時直接斷為兩節;而摻入纖維后，試件可保持開裂而不斷，表明試件呈現一定的韌性破壞，吸收了更大的能量.

2.4 殘留穩定度試驗

根據馬歇爾試驗所確定的最佳油石比，按未摻纖維、摻Dolanit AS纖維及摻Bonifibers纖維混合料分別成型馬歇爾試件，按照試驗規程的要求在60℃水中浸泡48h的實驗條件下測定其穩定度，試驗結果見表5.

表5 殘留穩定度試驗結果

從表5的試驗結果可以看出，加入纖維后殘留穩定度均有所提高，提高幅度達10%左右，由此可見，加入纖維后瀝青混合料的水穩定性得到提高.

2.5 瀝青混合料飛散試驗

混合料飛散試驗按未摻纖維、摻Dolanit AS纖維及摻Bonifibers纖維混合料分別成型馬歇爾試件，在20℃恒溫水槽中養生20小時，放入洛杉磯試驗機中，以30r/min～33r/min的速度旋轉300轉，計算瀝青混合料散落材料的質量百分率，用以評價纖維對于瀝青混合料結構的加強作用及抗松散能力.試驗結果如表6所示.

表6 飛散試驗結果

從表6中的飛散試驗結果可以看出，纖維的加入大幅度降低混合料的飛散質量損失，其降低幅度可達60%－85%不等.摻加纖維混合料抗飛散性能的大幅提高，表明混合料粘結力也得到大幅提高，從而提高瀝青混合料抵抗各種外界荷載的作用.

3 結果分析

從上面的試驗結果可以看出，在瀝青混合料中摻入增強纖維，可改善瀝青混合料高溫性能、低溫性能及水穩定性，大大減少飛散質量損失，提高抗飛散性能［3］.纖維對瀝青混合料性能的改善作用主要表現在以下方面:

3.1 纖維的吸附作用

BoniFibers纖維與Dolanit AS纖維的直徑分別為20um和13um，分散在瀝青中，由于比表面積很大，每克纖維提供的表面積可多達數平方米，這些纖維與瀝青粘結形成牢固的結構瀝青層，粘結性增強.同時由于瀝青用量的增加，使得裹覆在集料表面的瀝青膜厚度增大，即可減緩瀝青膜的老化速度，還可增強瀝青與集料結合面的抗剝落能力，提高水穩定性［2］.

3.2 纖維的穩定作用

纖維的直徑小、長度短，通過瀝青對纖維包裹作用，增大了結構瀝青層的厚度，減少了自由瀝青，使混合料的粘滯性增強、軟化點提高，從而使混合料的高溫穩定性得到提高［4］.

3.3 纖維的加勁作用

增強纖維的強度大于500MPa，遠高于瀝青混合料強度，在混合料中摻入纖維后，由于纖維的直徑小、長度短，加入少量纖維即可形成巨大的結構網，阻止瀝青混合料的開裂，提高瀝青路面抵抗裂紋能力，減少裂縫的出現［5］.小梁低溫彎曲試驗表明，摻Dolanit AS纖維與BoniFIbers纖維混合料的彎拉強度和彎拉應變均有不同程度的提高，具有較強的韌性，混合料裂而不斷.

此外，飛散試驗試驗結果還表明，纖維的加入提高了瀝青粘結力，增強了瀝青對集料顆粒的粘附性，改善瀝青的水穩定性，同時有助于提高路面抵抗外界各種荷載的作用.

4 結論

(1)加入纖維后，由于纖維的比表面積很大，瀝青混凝土的瀝青最佳用量會有所增加，增加范圍在1%～2%之間.

(2)纖維加入后，瀝青用量增加，瀝青膜厚度增大，同時由于纖維粗度很細、強度遠高于瀝青混合料強度，數量巨大纖維絲在瀝青混合料中呈縱橫交錯分布并具有加筋作用，使瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗開裂性及水穩定性均得到提高.

(3)纖維的加入，還具有增韌作用，使得混合料的粘結性增大，能夠增強瀝青對集料顆粒的粘附性，改善瀝青的水穩定性，使路面具有較強的整體性.由于Dolanit AS纖維具有較高的強度，且粗度更細，長徑比大，因而增強效果更好，高溫性能、低溫性能的改善效果更好.

試驗結果表明，在AK瀝青混合料中摻入增強纖維后，可明顯改善混合料的高溫性能、低溫性能及水穩定性且抗飛散能力也得到改善，因此在重交通路段及橋面等對混合料性能要求較高的路段，可考慮采用摻加增強纖維的方法改善混合料性能.

［1］張潔，任予峽.美國高新技術軟纖維——路面加強筋的推廣與發展［J］.山西交通科技，2001，(6):35 －37，42.

［2］張豪，王新，劉傳國.聚酯纖維在瀝青混凝土路面中的應用［J］.河北交通科技，2009，(2):4 －6，10.

［3］封基良.纖維瀝青混合料增強機理及其性能研究［D］.南京:東南大學博士學位論文，2005.

［4］趙松，滕康寶.國產聚酯纖維混合料在市政瀝青路面中的應用［J］.交通標準化，2008，(10):126 －130.

［5］吳濤.纖維增強瀝青混凝土性能的試驗比較［J］.工程建設與設計，2010，(6):117 －121.