聚酯纖維瀝青混合料路用性能研究與應用

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在公路重載運輸快速發展的背景下，人們對瀝青路面提出了越來越高的要求，這就要求相關工作人員不斷提高瀝青路面的使用性能。聚酯纖維瀝青混合料有著良好的使用性能，因而在瀝青混合料中加入聚酯纖維越來越為人們所重視和應用。

1 研究背景

隨著交通量和車輛荷載的不斷增加，瀝青路面出現了不同程度的破壞。當前國內外的研究內容主要在于提高瀝青混合料本身的路用性能，預防瀝青路面早期病害的發生，尤其是針對溫差變化大、降水量比較多的區域。夏季高溫多雨導致瀝青路面的穩定性降低，在車輛的荷載作用下易出現多種破壞，如車轍、坑槽等，隨著雨水的下滲導致路面損壞。如何減少瀝青路面的車轍、坑槽、裂縫等病害，減少瀝青路面的維修次數，成為相關研究人員的重要研究課題。改善材料的性能和質量是至關重要的，筆者認為將聚酯纖維作為添加劑加入瀝青混合料中是提高瀝青混合料性能、改善瀝青路面性能的有效方式之一。

2 聚酯纖維概述

聚酯纖維是一種從石油中提煉的聚酯化產品。聚酯纖維具備很強的瀝青親和力，化學性能穩定且強度高，屬于聚合纖維，具備很強的耐高溫、耐低溫性能，在250℃的環境中也不會收縮、變形、軟化和失去強度，在-40℃的環境中仍能保持柔韌。

聚酯纖維在上面層瀝青混合料中主要起加筋、增黏、穩定、抗疲勞和抵抗裂縫的作用。聚酯纖維在-40～250℃時，能夠改善瀝青的特性，提高瀝青混合料的柔韌性和抵抗溫縮裂縫的能力。

聚酯纖維呈惰性，不受環境和時間因素的影響，加入瀝青混合料后能夠和內部材料之間形成極大的凝聚力，明顯提升耐久性能，讓集料表面瀝青的穩定性能得到明顯提升，尤其在夏季高溫狀態下，纖維內部的空隙成為緩沖地帶，不會出現泛油狀態，可提高其高溫穩定性。聚酯纖維在瀝青混合料中可形成縱橫交織的空間網格和結構瀝青網（見圖1），能夠減少瀝青自由膜，增大瀝青的膠結性能，提高溫度穩定性，減少溫縮裂縫的產生。

圖1 纖維與瀝青形成的結構瀝青網

3 聚酯纖維瀝青混合料原材料及馬歇爾試驗

3.1 聚酯纖維瀝青混合料原材料

選擇上面層SBS瀝青，以《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F 40—2004）為標準，按照一定的順序進行施工檢測，根據相關的特征開展試驗，如針入度、軟化點、延度等，檢測聚酯纖維的比重、熔點、燃點溫度、抗拉強度、斷裂延伸率、卷曲性、含水率、倍長纖維、疵點含量等，確保所有的檢測項目合格。另外，對粗、細集料和礦粉進行常規試驗檢測，所檢指標全部合格。根據相關技術及規范，針對SMA-13上面層型瀝青混合料礦料級配范圍繪制變化曲線圖。

3.2 聚酯纖維瀝青混合料馬歇爾試驗

根據不同摻配方案選擇出兩種聚酯纖維，將其與木質素纖維進行對比分析。因聚酯纖維具備良好的吸附性能，將瀝青包裹在聚酯纖維分散形成的網狀空間結構內部，基于這種情況，聚酯纖維瀝青混合料需要添加更多瀝青用量。筆者選用木質素纖維和三種不同的添加了聚酯纖維的混合料（最佳油石比狀態）進行馬歇爾試驗，具體結果見表1。

表1 SMA-13型瀝青混合料馬歇爾試驗結果

纖維瀝青混合料配合比與添加木質素纖維的配合比設計過程一致，但是在拌和時必須觀察纖維分散狀態與不同施工環節中的溫度控制，以便保證瀝青混合料的拌和質量。

（1）瀝青混合料溫度控制方法。瀝青混合料拌和溫度比較重要，如果瀝青混合料的溫度較高，瀝青就具備了流動性，黏度降低，成型時會減少空間的間隙和試件的高度；如果瀝青混合料的溫度較低，瀝青會快速凝結，黏度和孔隙增加，穩定程度會降低。在具體的使用過程中應該考慮聚酯纖維本身的情況和機理，此次試驗在綜合分析后確定了合適的溫度。加入纖維時必須在風送設備內蓬松疏散之后，使用后鼓風機將其吹入攪拌鍋內，和粗集料一起干拌和30～40s，之后加入瀝青。根據瀝青均勻裹覆集料的具體情況確定攪拌時間，保證纖維處于舒適狀態，最后加入礦粉持續攪拌，攪拌時間為90s。

（2）瀝青混合料壓實方法。壓實分為初壓、復壓、終壓。①初壓：雙鋼輪壓路機前振、后振1遍。②復壓：雙鋼輪壓路機前振、后振4遍。③終壓：雙鋼輪壓路機前振、后振2遍。聚酯纖維混合料需要在上述碾壓方案中增加復壓2遍，即共計復壓6遍。這是因為聚酯纖維加入瀝青混合料后，大量的纖維被瀝青裹覆后呈三維亂向分布，會形成纖維-骨架結構，存在一定的內部空隙，所以需要按上述要求保證碾壓溫度和碾壓遍數，降低空隙率，提高壓實質量。

4 聚酯纖維瀝青混合料的路用性能試驗

在路用性能方面，筆者選擇水穩定性、低溫抗裂性、抗滲透性能以及現場芯樣空隙率等指標進行試驗分析。經過試驗，證明細聚酯纖維瀝青混合料的殘留穩定性最大，其次是粗聚酯纖維和細聚酯纖維混合料，其中木質素纖維混合料穩定性最小。其他檢測指標從整體上來看，摻入聚酯纖維的改性瀝青混合料的路用性能指標基本上都高于木質素纖維瀝青混合料，說明在實際的運用中能夠取得良好效果。具體試驗結果見表2、表3。

表2 SMA-13型瀝青混合料馬歇爾路用性能試驗結果

表3 瀝青混合料殘留穩定度及凍融劈裂強度試驗結果

5 試驗結果

此次試驗結果表明，聚酯纖維瀝青混合料的高溫抗車轍性能、水穩定性能、低溫抗裂性能以及其他路用性能指標等都高于木質素纖維瀝青混合料，也達到了實際運用要求。通過試驗對比可知，細聚酯纖維瀝青混合料的使用效果最佳，粗聚酯纖維和細聚酯纖維混合料僅次于細聚酯纖維瀝青混合料，粗聚酯纖維瀝青混合料為最次。在路面工程的實際運用中，相關工作人員應根據聚酯纖維的具體指標參數、施工條件、建設成本等選擇原材料，確保原材料的質量符合相關要求，并嚴格控制各個施工環節的溫度以及壓實質量，保證道路性能良好。

6 結束語

綜上所述，此次對聚酯纖維瀝青混合料的探索存在一定的局限性，但筆者在研究其他改性劑時發現，聚酯纖維雖然能在很大程度上改善瀝青混合料的性能，但對高溫性能的改善不如SBS等高聚合物明顯，因此需要相關研究人員加強對這一方面的探索及研究，使瀝青混合料性能更趨完善。