一种低热收缩率增强沥青混凝土用聚酯纤维

张 杰，倪建华，何唯平，郑 伟，强 哲，田 原

（1.上海启鹏工程材料科技有限公司，上海 201209；2.东华大学纤维改性材料国家重点实验室，上海 201620；3.深圳海川工程科技有限公司，广东 深圳 518040）

一种低热收缩率增强沥青混凝土用聚酯纤维

张 杰1，倪建华2，何唯平3，郑 伟1，强 哲2，田 原2

（1.上海启鹏工程材料科技有限公司，上海 201209；2.东华大学纤维改性材料国家重点实验室，上海 201620；3.深圳海川工程科技有限公司，广东 深圳 518040）

在沥青混凝土中掺加短丝法和长丝切断两种不同方法制备的聚酯工程纤维，并对两种混凝土试块进行残留稳定度实验、冻融循环后的劈裂抗拉性能试验和抗车辙能力试验，发现通过掺加工程纤维后，沥青混凝土的几项重要性能有了显著提高，且两种方法制备的工程纤维的增强效果相近。

聚酯纤维；沥青混凝土；增强作用

随着国民经济的迅速发展，国内高等级公路和城市道路中大部分路面相继转变为沥青路面。然而道路上行驶车辆的高密度、快车速和轴载加重的日益加强，对沥青路面提出了越来越高的要求。针对现有沥青路面来说，减少道路危害，延缓路面服务能力的衰退，提高道路寿命是世界各国进行研究的重要课题之一［1］。沥青路面的设计大修期为15年，而目前我国的沥青路面往往8～10年就需要进行检修。以路面寿命30年计，资料表明这期间用于道路的维修费用几乎等于新建道路的投资［2］。影响公路质量重要的因素之一是路面损伤，其中最突出的表现为路面裂缝，这也促使沥青路面技术不断进行改进和更新。将各种品种的纤维材料应用于沥青路面的改进就是其中之一。

自20世纪80年代以来，欧美一些国家就广泛开始了加强沥青材料的应用研究工作，并在纤维加强沥青路面方面做了大量的工作［3］。通过对沥青混合料掺加纤维的研究和观测表明，掺加纤维可以改善沥青混合料的高温稳定性、疲软耐久性，并且具有防止反射裂缝的性能。正是由于采用纤维混合料具有以上优良特性，才修复了大量高速公路及其它重要交通公路设施。

在沥青混合料中加入高分子合成纤维加筋材料（聚酯纤维），能够对沥青混凝土起到增强作用，能够极大地提高路面的柔韧性，从而提高沥青路面的高温抗车辙能力、高温稳定性、抗疲劳性能、抗渗水性能、抗滑性能及行车噪音等路用综合性能，使沥青路面使用寿命大大延长。

1 实 验

1.1 原料

短丝法制备低热收缩高性能聚酯（涤纶）工程短纤维（上海启鹏工程材料科技有限公司生产），干热收缩率＜10%（200℃）；

涤纶长丝切断短纤维（上海启鹏工程材料科技有限公司生产），干热收缩率＜15%（200℃）；

埃索70＃基质沥青（市购）。

两种纤维的具体性能指标如表1所示。

表1 两种纤维的性能指标

沥青混凝土配合比：

灰绿岩集料：10～15；石料：10～5；石料：0～5；石料∶矿粉＝25∶23∶48∶4。

油石比：5.0%。

1.2 实验条件

纤维掺量：3‰（质量比）。

拌和时间：先将纤维和加热集料干拌5 min，加入沥青拌和90 s，再加入矿粉拌90 s，沥青混合料出锅成型（室内拌合试验）。

试验温度：集料烘干温度稳定在180～190℃，沥青加热温度为150～160℃，拌和温度为180～190℃，车辙成型机预热温度为（100±5）℃。试模和小型击实锤放入（100±5）℃的烘箱中预热1 h，试块成型温度为（160±5）℃。

1.3 实验方法

1.3.1 残留稳定度试验

制备完成的试块浸泡在（60±0.5）℃的恒温水浴保温48 h后，测试其稳定度，用以表征沥青混凝土的残留稳定度。

1.3.2 冻融劈裂抗拉强度比试验

冻融试块放在（－18±2）℃下冷冻（16±1）h，再在（60±0.5）℃恒温水浴保温24 h，再放入（25 ±0.5）℃的恒温水槽中保温2 h以上；未冻融的试块直接放在（25±0.5）℃的恒温水浴中保温2 h以上，分别测试其劈裂抗拉强度。

劈裂强度FTS按GB7897.3－87标准规定执行，并按劈裂强度FTS（MPa）＝29／πbh计算，这里P为破坏载荷（N）；b为试样截面宽度（40 mm），h为试样高度（40 mm）。

1.3.3 车辙动稳定度试验

该研究采用车辙试验方法（T0719－1993）来评价车辙动稳定度。将试件制成30 cm×30 cm×5 cm，在60℃条件下保温5 h，采用荷载0.7 MPa的轮胎在上面往返行走60 min（试验温度60℃），由变形量与时间关系曲线得到动稳定度DS。DS＝a ×（t2－t1）／（d2－d1）（次／mm），其中a为42次／min的辗压次数，t2－t1取60 min的最后15 min；d2－d1为60 min的最后15 min的变形。动稳定度越大，表明试件在高温下的稳定性越好。

2 结果与讨论

2.1 残留稳定度实验结果

经过实验后，得出实验数据如表2所示，其中未加纤维沥青混凝土试块的稳定度为6.555 kN，残留稳定度为85.4%。

由表2中数据可以看出，沥青混凝土在掺入工程纤维后，稳定度有了一定程度的提高（由于细骨料质量问题，导致试块稳定度较低），残留稳定度分别提高了近14%，且短丝法制备的聚酯工程纤维与涤纶长丝短切制备的短纤维对沥青混凝土增强效果接近，说明两种纤维在稳定度方面增强效果很相近。

2.2 冻融劈裂抗拉强度比试验结果

沥青混凝土试块冻融循环实验后，劈裂抗拉强度比结构如表3所示，其中未掺加纤维的沥青混凝土试块的劈裂抗拉强度为0.566 MPa，冻融劈裂抗拉强度比为72.6%。

表2 掺入纤维的两种沥青混合料残留稳定度

表3 掺入纤维的两种沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比

由表3中数据可以看出，沥青混凝土在掺入两种不同的工程纤维后，沥青混凝土的劈裂抗拉强度有了提高，抗冻融循环性能有了显著的提高，抗拉强度比分别提高了近11%和20%；但短丝法制备的聚酯工程纤维与涤纶长丝短切制备的短纤维对沥青混凝土增强效果有一定的差别，涤纶长丝的增强效果更加显著，达到了92.9%。说明两种纤维对沥青混凝土的抗冻融循环能力都有增强作用，涤纶长丝的增强效果更大一些。

2.3 车辙动稳定度试验

掺加纤维的沥青混凝土试块抗车辙能力如表4所示，其中未掺加纤维的沥青混凝土试块的抗车辙能力为3 249次／mm。

由表4中数据可以看出，沥青混凝土在掺入工程纤维后，沥青混凝土的抗车辙能力分别提高了32%和21%。虽然两种纤维对沥青混凝土的抗车辙能力都有增强作用，但短丝法制备的聚酯工程纤维与涤纶长丝短切制备的短纤维对沥青混凝土增强效果更加显著。主要原因是由于低热收缩短丝法纤维除了抗张强度高之外，耐高温性能好可能是一个非常主要的因素。

表4 掺入纤维的两种沥青混合料的车辙动稳定度

3 结 论

通过对掺加两种工程纤维沥青混凝土进行的一系列测试表明：

a）加入聚酯工程纤维后，试块稳定度和残留稳定度均显著提高，且两种方法制备的纤维对试块的增强效果相近。

b）加入两种不同聚酯工程纤维后，试块的冻融劈裂抗拉性能有了显著提高，抗拉强度比分别提高了近11%和20%，且涤纶长丝制备的工程纤维增强效果更为优秀。

c）加入两种不同聚酯工程纤维后，试块的抗车辙稳定性能有了显著提高，抗车辙性能分别提高了近32%和21%，且短丝法制备的工程纤维增强效果更为优秀。

综上所述，沥青混凝土中掺加聚酯工程纤维能够显著提高混凝土的性能，且两种方法制备的工程纤维对混凝土的增强效果很接近，但是短丝法的生产成本更低，经济效益显著。

1 张勇强，罗乙.聚酯纤维材料在沥青混凝土桥面铺装上的应用［J］.公路，2003（5）：117～118

2 刘卫东.纤维增强混凝土水工性能的研究［C］.东华大学博士论文，2010

3 陈华鑫，李宁利，胡长顺，等.纤维沥青混合料料路用性能［J］.长安大学学报，2004，24（2）：126

4 吴少鹏，薛永杰，张登峰.聚合物纤维改性沥青混凝土的研究［J］.武汉理工大学学报，2003，25（12）：47～49

Low thermal-shrinkage polyster-fiber for the reinforcement of asphalt concrete

Zhang Jie1，Ni Jianhua2，He Weiping3，Zheng Wei1，Qiang Zhe2，Tian Yuan2

（1.Shanghai KNP Chemical Ltd，Shanghai 201209，China；2.State Key Lab for Modification of Fibers and Polymer Materials，DongHua University，Shanghai 201620，China；3.Shenzhen OceanPower Engineering Technology Co.Ltd，Shenzhen Guangdong 518040，China）

The mechanism of asphalt concrete reinforced with polyster-fiber was analysed in this paper.The performance of concrete was tested，including residual stability test，splitting-tensile resistance test after freeze-thaw cycles and rutting resistance test.It was found that the performance of concrete was significantly increased，and the reinforcing effect of two kinds engineering fiber was similar.

polyster-fiber；asphalt concrete；reinforced

TQ342.2

：B

：1006-334X（2010）04-0043-03

2010－06－11

张杰（1956－），硕士，主要研究领域为工程材料的研制及开发。