不同纤维沥青混凝土高温性能室内试验研究

李丽霞

（大同市公路管理段，山西 大同 037000）

近年来，纤维加强沥青路面以性能好、施工技术简单的特点已受到了普遍关注。自20世纪60年代，澳大利亚、加拿大等国家首先在沥青混合料中添加纤维材料以来，欧美许多国家已兴起了纤维加强沥青路面技术的研究高潮。我国自1999年首次引入国外纤维以来，在许多工程中均有使用，并在有些省份已研制开发了自己的产品和纤维添加设备，为大面积推广纤维沥青混合料路面提供了必要的条件，所以有必要对纤维沥青混凝土高温性能进行必要的研究，以便更好地预测它的路用性能。

1 不同纤维沥青混凝土马歇尔试验研究

本次试验研究采用马歇尔配合比设计方法，原材料分别采用中海70＃基质沥青、石灰岩碎石、石灰岩矿粉并分别添加聚丙烯腈（德兰尼特）、聚酯（聚酯王（Asphalt Power））、絮状木质素3种纤维，遵循最大密度（逐级嵌挤）原则[1]，按照马歇尔配合比设计对添加不同纤维的AC-13沥青混凝土进行设计及进行高温稳定性研究[2]。根据相关试验研究及厂家推荐掺量，本次研究采用多种掺量对不同纤维沥青混凝土进行马歇尔试验研究。矿料筛分及合成级配一览表见表1，马歇尔试验结果见表2。

表1 矿料筛分与合成级配一览表

2 不同纤维沥青混凝土高温稳定性研究

室内车辙试验评价外掺纤维沥青混合料的高温稳定性。本次研究应用日本浸水轮迹试验机进行车辙试验，以车辙动稳定度作为外掺纤维沥青混合料高温稳定性的评价指标。试验温度为60℃，车辙轮压为0.7 MPa，车辙试件为300×300×50 mm普通碾压成型试件。试验结果见表3、图1。

表2 不同纤维种类、纤维掺量马歇尔试验结果

表3 AC-13纤维沥青混合料车辙试验结果

3 结论

从以上试验结果来看，可以得到以下分析结论：

图1 不同纤维沥青混合料车辙动稳定度变化规律图

（1）沥青混合料中掺入纤维后，动稳定度（DS）得到了明显改善和提高。仅掺加0.2%的纤维，木质素纤维DS提高了102%（幅度最小），聚丙烯腈纤维DS提高了147%（幅度最大）；掺加0.3%的纤维沥青混合料DS提高幅度更大。这说明纤维作用效果非常显著，纤维的掺入可以有效改善沥青混合料的高温稳定性。

（2）不同纤维的改善效果不同，聚合物有机纤维聚丙烯腈、聚酯类等具有较强的改善作用，二者相差不多，聚丙烯腈纤维更强一些，而木质素纤维相比则较差。这是因为两种有机纤维具备优秀的物理力学性能，抗拉强度大，均有明显的“触角”，且比木质素纤维粗，故其加筋效果更明显，抗车辙能力强。

（3）纤维加入后，随纤维掺量的增加，动稳定度增大，但并不是掺量越大越好，出现峰值现象。两种聚合物纤维沥青混合料DS在掺量为0.3%时最大，分别为2 945次/mm、2 864次/mm，而掺量为0.4%时DS均有下降。木质素纤维在掺量为0.4%DS最大，但仅比0.3%掺量DS增加79。说明纤维的外掺存在一个最佳掺量，并不是掺加越多越好，当纤维掺量超过最佳掺量时，动稳定度出现缓慢下降。这是由于纤维用量过大，纤维分散均匀性下降。只有分散开的纤维才对沥青混合料起稳定和加筋作用，反过来那部分没分散的纤维结团成束后，成为混合料的“瑕点”，使较大的矿料颗粒被挤开，混合料高温性能则出现缓慢下降。依据此试验结果3种纤维的最佳掺量为0.3%。

（4）不同纤维在提高高温稳定性方面所依赖的原因有所不同。聚丙烯腈、聚酯两种聚合物纤维具有较强的加筋与桥接、应力分散与均衡作用，在沥青混合料中的分散性强，其在混合料中相互搭接形成纤维沥青胶浆网络，有效增强了对矿质骨架的约束，从而增加了骨架的稳定性，提高了沥青混合料的高温性能。木质素纤维在该方面主要依赖于其对沥青较强的稳定作用，由于其具有大量的中空管，其对沥青的吸持量最强，远大于另两种聚合物纤维，且几乎不受温度的影响，而与此同时木质素纤维力学性能较差，加筋与桥接、分散性明显弱于另两种聚合物纤维，在试验过程中发现较多结团现象，这些都大大限制了其对沥青混合料高温性能的改善提高作用，车辙稳定度相对较低。

[1]山西省交通科学研究院《公路改性沥青路面施工技术规范》（DB14/T 160-2007），山西省质量技术监督局.

[2]交通部公路科学研究所《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004），人们交通出版社.