聚酯纖維瀝青混合料路用性能研究與應(yīng)用

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在公路重載運輸快速發(fā)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(guān)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(yīng)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(xiàn)了不同程度的破壞。當(dāng)前國內(nèi)外的研究內(nèi)容主要在于提高瀝青混合料本身的路用性能，預(yù)防瀝青路面早期病害的發(fā)生，尤其是針對溫差變化大、降水量比較多的區(qū)域。夏季高溫多雨導(dǎo)致瀝青路面的穩(wěn)定性降低，在車輛的荷載作用下易出現(xiàn)多種破壞，如車轍、坑槽等，隨著雨水的下滲導(dǎo)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(shù)，成為相關(guān)研究人員的重要研究課題。改善材料的性能和質(zhì)量是至關(guān)重要的，筆者認(rèn)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(chǎn)品。聚酯纖維具備很強(qiáng)的瀝青親和力，化學(xué)性能穩(wěn)定且強(qiáng)度高，屬于聚合纖維，具備很強(qiáng)的耐高溫、耐低溫性能，在250℃的環(huán)境中也不會收縮、變形、軟化和失去強(qiáng)度，在-40℃的環(huán)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(wěn)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(huán)境和時間因素的影響，加入瀝青混合料后能夠和內(nèi)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(wěn)定性能得到明顯提升，尤其在夏季高溫狀態(tài)下，纖維內(nèi)部的空隙成為緩沖地帶，不會出現(xiàn)泛油狀態(tài)，可提高其高溫穩(wěn)定性。聚酯纖維在瀝青混合料中可形成縱橫交織的空間網(wǎng)格和結(jié)構(gòu)瀝青網(wǎng)（見圖1），能夠減少瀝青自由膜，增大瀝青的膠結(jié)性能，提高溫度穩(wěn)定性，減少溫縮裂縫的產(chǎn)生。

圖1 纖維與瀝青形成的結(jié)構(gòu)瀝青網(wǎng)

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(shù)規(guī)范》（JTG F 40—2004）為標(biāo)準(zhǔn)，按照一定的順序進(jìn)行施工檢測，根據(jù)相關(guān)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(qiáng)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(xì)集料和礦粉進(jìn)行常規(guī)試驗檢測，所檢指標(biāo)全部合格。根據(jù)相關(guān)技術(shù)及規(guī)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(jù)不同摻配方案選擇出兩種聚酯纖維，將其與木質(zhì)素纖維進(jìn)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(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)內(nèi)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(zhì)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(tài)）進(jìn)行馬歇爾試驗，具體結(jié)果見表1。

表1 SMA-13型瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果

纖維瀝青混合料配合比與添加木質(zhì)素纖維的配合比設(shè)計過程一致，但是在拌和時必須觀察纖維分散狀態(tài)與不同施工環(huán)節(jié)中的溫度控制，以便保證瀝青混合料的拌和質(zhì)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(jié)，黏度和孔隙增加，穩(wěn)定程度會降低。在具體的使用過程中應(yīng)該考慮聚酯纖維本身的情況和機(jī)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(fēng)送設(shè)備內(nèi)蓬松疏散之后，使用后鼓風(fēng)機(jī)將其吹入攪拌鍋內(nèi)，和粗集料一起干拌和30～40s，之后加入瀝青。根據(jù)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(tài)，最后加入礦粉持續(xù)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(fù)壓、終壓。①初壓：雙鋼輪壓路機(jī)前振、后振1遍。②復(fù)壓：雙鋼輪壓路機(jī)前振、后振4遍。③終壓：雙鋼輪壓路機(jī)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(fù)壓2遍，即共計復(fù)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(jié)構(gòu)，存在一定的內(nèi)部空隙，所以需要按上述要求保證碾壓溫度和碾壓遍數(shù)，降低空隙率，提高壓實質(zhì)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(wěn)定性、低溫抗裂性、抗?jié)B透性能以及現(xiàn)場芯樣空隙率等指標(biāo)進(jìn)行試驗分析。經(jīng)過試驗，證明細(xì)聚酯纖維瀝青混合料的殘留穩(wěn)定性最大，其次是粗聚酯纖維和細(xì)聚酯纖維混合料，其中木質(zhì)素纖維混合料穩(wěn)定性最小。其他檢測指標(biāo)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(biāo)基本上都高于木質(zhì)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(jié)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(jié)果

表3 瀝青混合料殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強(qiáng)度試驗結(jié)果

5 試驗結(jié)果

此次試驗結(jié)果表明，聚酯纖維瀝青混合料的高溫抗車轍性能、水穩(wěn)定性能、低溫抗裂性能以及其他路用性能指標(biāo)等都高于木質(zhì)素纖維瀝青混合料，也達(dá)到了實際運用要求。通過試驗對比可知，細(xì)聚酯纖維瀝青混合料的使用效果最佳，粗聚酯纖維和細(xì)聚酯纖維混合料僅次于細(xì)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(guān)工作人員應(yīng)根據(jù)聚酯纖維的具體指標(biāo)參數(shù)、施工條件、建設(shè)成本等選擇原材料，確保原材料的質(zhì)量符合相關(guān)要求，并嚴(yán)格控制各個施工環(huán)節(jié)的溫度以及壓實質(zhì)量，保證道路性能良好。

6 結(jié)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(fā)現(xiàn)，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(guān)研究人員加強(qiáng)對這一方面的探索及研究，使瀝青混合料性能更趨完善。