抗車轍劑/聚酯纖維復摻瀝青混合料路用性能

潘夏瑋

摘要：為研究抗車轍劑和聚酯纖維復合添加對瀝青混合料的性能改善效果，開展室內試驗分析復合改性瀝青混合料、單摻抗車轍劑瀝青混合料、單摻聚酯纖維瀝青混合料的高溫和低溫性能、水穩定性能和疲勞性能。試驗結果表明：抗車轍劑和聚酯纖維復合改性瀝青混合料的高溫性能明顯優于單摻抗車劑瀝青混合料和單摻聚酯纖維瀝青混合料；復合改性在疲勞性能和低溫性能方面對比單摻抗車轍劑有明顯提升，但對單摻聚酯纖維瀝青混合料則提高程度較小，復摻改性瀝青混合料疲勞壽命對應力比的敏感性較低；在水穩定性能方面，復摻改性劑與單摻改性劑相比則無明顯優勢。

關鍵詞：道路工程；抗車轍劑；聚酯纖維；復合改性；路用性能

中圖分類號：U414.1 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）06-0050-04

0 引言

21世紀以來，我國公路建設事業得到快速發展，公路交通網逐漸完善，在此過程中對公路領域使用較多的路面鋪面形式——瀝青路面的性能要求也越來越高。我國一些地區的夏季溫度較高、冬季溫度較低，氣溫年較差較大，單一地提升瀝青路面高溫性能或低溫性能的技術手段難以適應復雜的氣候環境，因此需兼顧瀝青混合料高溫和低溫性能，而且在重交通荷載作用下還需要考慮其疲勞性能。提升瀝青混合料綜合性能的方式主要有改善瀝青性能、優化礦料級配、添加改性劑等。現有的研究表明，不同的改性劑對瀝青混合料的部分性能均有不同程度的改善作用［1-4］。董澤蛟等［5］研究表明，添加KTL抗車轍劑對瀝青混合料性能提升的依賴性小于級配優化。謝軼瓊等［6］和周義生等［7］研究抗車轍劑對瀝青混合料路用性能的影響，發現抗車轍劑能有效地提升瀝青混合料的高溫性能、水穩定性能，但對疲勞性能的提升作用較小。韋佑坡等［8］研究不同類型纖維改性瀝青混合料的性能，發現纖維材料對提升瀝青混合料低溫性能和疲勞性能作用明顯，但對高溫性能的改善效果不明顯。羅楚凡等［9］的研究表明，木質素纖維復摻抗車轍劑瀝青混合料長期高溫性能較差，而玄武巖纖維的加入改善了瀝青混合料的長期性能。章汪琛［10］進行室內試驗對比分析玄武巖纖維、碳纖維和聚酯纖維對瀝青膠漿的黏聚力的改善作用，得出聚酯纖維和碳纖維對瀝青膠漿黏聚力的增大作用明顯大于玄武巖纖維。以上研究表明，單摻抗車轍劑對改善瀝青混合料的高溫性能明顯，但對低溫性能和疲勞性能的提升較小或不明顯，而不同纖維類型對瀝青混合料的性能提升或高或低；聚酯纖維對瀝青膠漿黏聚力的提升作用明顯，有助于改善瀝青混合料的路用性能，徐秀維［11］和胡傳濤［12］的研究表明，聚酯纖維優于木質素纖維，并且在提升瀝青水穩定性方面優于玄武巖纖維。因此，本文選擇復摻抗車轍劑與聚酯纖維為研究對象，研究復摻改性劑對瀝青混合料路用性能影響，為工程實踐中改性劑添加方案的制訂提供參考。

1 試驗材料及試驗

1.1 試驗材料

本文選擇瀝青為“國創”70#A級瀝青，滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF 40—2004）中規定的“1-4氣候分區”對瀝青的技術要求，相關技術指標見表1。

抗車轍劑和聚酯纖維均為國內某廠家提供，外觀如圖1所示，聚酯纖維的技術指標見表2。

粗集料為輝綠巖碎石，細集料為石灰巖碎石。粗集料的生產廠家為廣西貴港某輝綠巖石場，細集料的生產廠家為廣西來賓來都高速某項目部石場。礦粉由石灰巖磨制而成，生產廠家為廣西來賓某礦粉廠。礦料試驗指標見表3。

1.2 級配選擇及配比確定

1.2.1 級配

本試驗采用AC-13C型瀝青混合料，合成級配見表4。

1.2.2 混合料拌制方法

本文使用的抗車轍劑和聚酯纖維均采用直投方式加入瀝青混合料中，為提高拌和均勻性，設置拌和溫度為160℃，采用先拌和礦料，再加入瀝青，最后加入礦粉和添加劑的方式進行拌和，每個階段的拌和時間均為90 s。

1.2.3 添加劑摻量及最佳油石比的確定

未添加改性劑前，本文采用AC-13C瀝青混合料最佳油石比為4.8%。根據現有文獻及前期研究成果，確定抗車轍劑的摻量為0.3%左右且抗車轍劑的添加并不會影響瀝青混合料的最佳油石比，單摻抗車轍劑瀝青混合料油石比為4.8%。聚酯纖維對瀝青混合料有加筋作用，它具有較高的吸油性，一般添加到瀝青混合料中，每增加0.1%的摻量，增加油石比為0.1%～0.2%。聚酯纖維的摻量確定為0.3%，單摻聚酯纖維瀝青混合料的油石比確定為5.3%，抗車轍劑與聚酯纖維復摻瀝青混合料油石比確定為5.3%。

2 試驗結果及分析

2.1 高溫性能

采用動穩定度指標評價瀝青混合料的高溫性能，試驗過程參考《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011），試驗結果如圖2所示。由圖2可知，基質瀝青的動穩定度較小，而添加抗車轍劑后，其動穩定度大幅度提升，抗車轍能力明顯改善，單摻聚酯纖維同樣能改善瀝青混合料的高溫性能，但改善程度不及單摻抗車轍劑，產生該現象的原因主要是抗車轍劑成分與改善機理經過特殊設計。從圖2還可知，抗車轍劑和聚酯纖維復摻瀝青混合料的高溫性能遠高于基質瀝青，并且相較單摻抗車轍劑也有一定幅度的增加，聚酯纖維在瀝青混合料中起到加筋、提高瀝青膠結料黏聚力的作用，因此與抗車轍劑共同作用會大幅提高瀝青混合料的高溫性能。

2.2 水穩定性能

我國規范JTG E20—2011采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗評價瀝青混合料的水穩定性能，因此本文采用殘留穩定度和凍融劈裂強度比指標評價4種瀝青混合料的水穩定性能，試驗結果見表5。從表5可知，與未摻改性劑相比，單摻抗車轍劑和單摻聚酯纖維均能有效地改善瀝青混合料的水穩定性能，其殘留穩定度、凍融劈裂強度比均有6%～12%幅度的提升。但是，單摻抗車轍劑和單摻聚酯纖維與復摻相比并未有明顯的區別，產生該現象的原因主要是基質瀝青的水穩定性已經很好，添加改性劑難以體現其優勢；并且，所采用水穩定性評價指標未必能夠體現本文所采用改性劑的效果。在后續研究中，可考慮采用區分度更高的評價指標評價復摻抗車轍劑、聚酯纖維混合料的水穩定性能。

2.3 低溫性能

采用低溫小梁彎曲試驗測試瀝青混合料低溫性能，依據我國規范JTG E20—2011中“T 0715”節的要求，試驗溫度為-10 ℃，加載速率為50 mm/min，試件尺寸為250 mm×30 mm×35 mm，試驗所采用設備為UTM伺服機，試驗結果見表6。

由表6中的數據可知：①單摻抗車轍劑瀝青混合料的最大彎拉應變低于基質瀝青且彎曲破壞勁度模量高于基質瀝青，表明抗車轍劑的加入降低了瀝青混合料的低溫性能。抗車轍劑通過增黏、加筋、填充的作用改善瀝青混合料的高溫性能，但由于抗車轍劑的部分成分無法與瀝青完全混溶，在低溫小梁荷載的作用下造成應力集中，而低溫下的加筋作用也未能充分發揮，因此降低了瀝青混合料的低溫性能。②單摻聚酯纖維瀝青混合料的低溫性能優于基質瀝青混合料和單摻抗車轍劑瀝青混合料。聚酯纖維在瀝青混合料中分散以后，在低溫小梁荷載的作用下，為其提供主要的抗拉能力，從而能大幅度提高瀝青混合料的低溫性能。③復摻抗車轍劑聚酯纖維瀝青混合料的低溫性能優于單摻抗車轍瀝青混合料、單摻聚酯纖維瀝青混合料及未摻改性劑瀝青混合料。聚酯纖維與抗車轍均有加筋作用，但聚酯纖維的加筋作用更加明顯，在聚酯纖維、瀝青、抗車轍劑的綜合作用下，瀝青混合料的低溫性能得到提高。

2.4 疲勞性能

采用四點彎曲疲勞試驗測試瀝青混合料的抗疲勞性能。試驗過程參考我國規范JTG E20—2011中“T 0739”節的要求，試驗基本參數為應力控制模式，荷載形式為正弦波形，荷載頻率為10 Hz，試驗溫度為15℃。試驗結果見表7。采用公式（1）對試驗結果進行擬合，回歸方程及相關指數見表7。

從表7可知：①隨著應力比的增加，4種瀝青混合料疲勞壽命均迅速下降，表明應力水平的增大對瀝青混合料的疲勞壽命有不利影響。從4種瀝青混合料的疲勞壽命來看，抗車轍劑/聚酯纖維復摻改性劑瀝青混合料的疲勞壽命明顯高于單摻抗車轍劑和基質瀝青混合料，但比單摻聚酯纖維瀝青混合料僅提升10%，提升幅度較小，表明復摻改性劑瀝青混合料的疲勞性能主要由聚酯纖維提供。②對比4種瀝青混合料的n參數（n參數為疲勞方程的擬合參數），n越小，表明雙對數情況下擬合線性方程越平穩，在更大應力比作用下的疲勞壽命更具潛力，n參數變化規律均表現為基質瀝青＞抗車轍劑＞聚酯纖維＞抗車轍劑/聚酯纖維復摻，因此抗疲勞性能水平為基質瀝青＜抗車轍劑＜聚酯纖維＜抗車轍劑/聚酯纖維復摻。添加抗車轍劑/聚酯纖維能在瀝青混合料內部形成三維網狀結構，有效地提高瀝青混合料在不同應力強度下的疲勞壽命，并降低應力比敏感性。

3 結語

本文通過室內試驗分析單摻抗車轍劑瀝青混合料、單摻聚酯纖維瀝青混合料、抗車轍劑/聚酯纖維復摻瀝青混合料及未摻改性劑瀝青混合料的高溫低溫性能、水穩定性能和疲勞性能，得出結論如下。

（1）抗車轍劑/聚酯纖維復摻瀝青混合料的高溫性能明顯優于另外3種瀝青混合料，復摻瀝青混合料比單摻抗車轍劑瀝青混合料在提升高溫性能方面更具有優勢。

（2）抗車轍劑、聚酯纖維均能有效提高瀝青混合料的水穩定性能，但復摻瀝青混合料與單摻抗車轍劑、單摻聚酯纖維相比，水穩定性能并無明顯提升。

（3）在低溫性能和疲勞性能方面，抗車轍劑/聚酯纖維復摻瀝青混合料比基質瀝青混合料和單摻抗車轍劑瀝青混合料有明顯優勢，但復摻瀝青混合料與單摻聚酯纖維瀝青混合料相比，性能提升幅度較小，說明聚酯纖維可有效改善瀝青混合料低溫和疲勞性能。

4 參考文獻

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