聚酯纤维沥青混合料的高温稳定性研究

林　喜

（厦门鹭路兴绿化工程建设有限公司 厦门市 361009）

聚酯纤维沥青混合料的高温稳定性研究

林喜

（厦门鹭路兴绿化工程建设有限公司 厦门市 361009）

为解决路面因高温稳定性不足而引起的车辙、拥包等问题，以聚酯纤维作为沥青混合料的外掺剂，对纤维沥青混合料的高温稳定性进行了试验研究。结果表明：在4.6%最佳沥青用量的标准车辙试验条件下，0.18%的纤维掺量对沥青混合料的动稳定度提高最大，约3812次/mm；控制0.18%的纤维掺量指标，聚酯纤维沥青混合料试件制备的最佳压实次数为14次，动稳定度达4320次/mm；在60～70℃温度范围内，聚酯纤维沥青混合料的动稳定度下降比重比素沥青混合料减少22%，聚酯纤维有效提高了沥青混合料的高温稳定性。

聚酯纤维；沥青混合料；高温稳定性；动稳定度

随着道路交通量的日渐增长，高温稳定破坏方式在道路结构破坏问题中所占比例越来越大，尤其在重载交通和高温双重外因条件下，因车辆不断的冲击作用、垂直轮压荷载及摩擦影响等形成面层受压缩的永久变形和侧向流动变形，导致车辙深度不断增大，产生拥包、推挤等路面结构破坏，影响行车舒适性，降低了路面的使用性能。关于将纤维材料添加到沥青混合料中增加路面的抗裂性能已得到了许多研究［1-3］，而在纤维材料影响沥青的高温稳定性研究方面关注较少。本文拟以聚酯纤维为添加剂对纤维沥青混合料的高温稳定性能进行试验研究，分析纤维对沥青路面高温稳定性能的影响，为解决道路高温稳定性破坏提供参考。

1　试验材料

1.1沥青

本试验沥青采用AH-90重交通道路石油沥青，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》［4］（JTG E20-2011）的要求进行试验检测，其主要技术指标如表1，结果表明试验沥青符合重交通道路沥青的技术要求。

表1　AH-90沥青主要技术指标

1.2纤维材料

试验采用的聚酯纤维，以（PET）为主要原料，强度高，耐高温，材料纤细，拌和后在沥青混合料中分散较广泛、均匀，以三维立体方式对沥青混合料进行加强，提高路面的整体使用寿命。其主要技术参数如表2。

表2　聚酯纤维的物化性能参数

1.3矿料

粗集料采用石灰岩，细集料为石灰岩石屑，矿粉采用石灰岩磨制的粉末，由室内试验得到的矿料物理性质状况如表3，结果表明试验材料符合规范要求。

表3　粗集料物理性质指标

1.4矿料级配

通过对粗、细集料的物理指标分析，并结合《公路沥青路面施工技术规范》［5］（JTG F40—2004）的要求，本试验拟采用AC-16矿料级配，如表4。

表4　AC-16级配

2　试验方案及结果分析

2.1最佳沥青用量的确定

车辙试验和马歇尔试验的沥青混合料最佳沥青用量有所不同，为使本试验更加符合路面高温稳定性破坏的研究，拟在马歇尔试验得到沥青混合料最佳油石比的基础上，通过车辙试验计算分析出其最佳沥青用量值，再以此进行进一步的纤维沥青混合料高温稳定性研究。试验步骤如下：

（1）根据T0702标准击实法制备直径101.6± 0.2mm，高63.5±1.3mm的标准马歇尔试件，测定其体积参数，确定马歇尔试验下的沥青最佳油石比；

（2）在最佳油石比的基础上，上下浮动沥青用量值（范围±0.3%）取8组；

（3）制备8组素沥青混合料（0%聚酯纤维掺量）的板块试件，规格300mm×300mm×50mm。常温下放置12 h，将试件连同试模一起，置于已达到试验温度60±1℃的恒温室中，保温5h后。在不与试验轮接触的试件两侧黏贴2个电偶温度计控制其试验温度，控制时间温度稳定在60±0.5℃；

（4）测试车辙试验轮轮压，要求（0.7±0.05）MPa，将试模放进试验台，试验轮位于试模中心，保证其试验方向与试件的碾压方向一致；

（5）由下式计算动稳定度（次/mm）

式中：d1、d2分别为对应时间的变形量mm；C1、C2为试验机修正系数和试件系数。

通过马歇尔试验得到沥青混合料的最佳沥青用量为4.7%。而车辙试验结果见图1。

由图1可得，随沥青用量的增加，沥青混合料的动稳定度先增大后减小，峰值在2561.87次/mm附近，对应的沥青用量为4.59%，相对马歇尔试验结果减小约0.1%；在动稳定度上升阶段，沥青用量在4.49%～4.59%段变化最快，在4.59%～4.69%下降缓慢，表明沥青混合料在此范围内的沥青用量对路面高温稳定性影响最大，最佳用量值约4.6%。在进行车辙试验测定纤维高温稳定性时，以4.6%的沥青用量作为指标，研究掺入纤维条件下的沥青混合料的动稳定度变化。本试验重点研究试件的纤维掺量、压实功和试件温度在沥青混合料外掺聚酯纤维材料时动稳定度的影响，以表征纤维对沥青混合料高温稳定性的效用。

2.2聚酯纤维掺量的影响

聚酯纤维材料具有抗拉强度高、耐腐蚀等优点，在沥青混合料中起到加筋和增强沥青混合料的黏结力等作用，但超量的聚酯纤维会影响混合料的压实效果。本试验拟以0.2%、0.25%、0.3%、0.35%和0.4%的纤维掺量与素沥青混合料（0%的纤维掺量）作对比，制备车辙试件研究其高温稳定性影响效果。图2为纤维掺量与动稳定度的关系曲线。

根据图2，在4.6%沥青用量条件下的混合料动稳定度随着聚酯纤维掺量的增加，经历了一个先上升后下降的凸形曲线，速率为快速增加—缓慢增加—缓慢下降—快速减小的过程；纤维用量在0.18%时沥青混合料的动稳定度达到最大，约3812次/mm，比素沥青混凝土的动稳定度提高了48.9%，这个提升主要是因为聚酯纤维在发挥作用；不同掺量的聚酯纤维材料（0.1%～0.3%）均在不同程度上提高了材料的高温稳定性能，在0.15%～0.23%的掺量范围内，动稳定度变化较缓慢，表明在此区间内，聚酯纤维的影响在其最大工作效率小范围上下波动。

聚酯纤维材料的整体强度高，能够在三个方向上对沥青混合料进行强度提高。当纤维掺量逐渐增加时，粒料间的粘结力得到加强，混合料的高温稳定性能上升显著；但随纤维掺量增加至最佳值后，由于大量纤维掺入混合料中未能得到有效利用，反而易引起纤维的抱团，影响沥青混合料的密实度等，聚酯纤维的工作效率因此下降，沥青混合料的动稳定度也随之减小。

2.3压实功的影响

级配对沥青混合料的高温稳定性有一定影响［5］，压实功的变化对混合料的级配也存在一定作用。规范要求制备车辙试件需要碾压12个往返，针对实际试验不一定是最佳碾压次数。为研究聚酯纤维沥青混合料相对素沥青混合料的压实功影响，在4.6%沥青用量、0.18%聚酯纤维掺量条件下，计划设定12、14、15次往返碾压次数下的轮碾法成型试件进行车辙试验。关于试验结果的动稳定度与轮碾次数的关系如图3。

图3表明，本试件制备的最佳压实次数大于12次，两条曲线均随轮碾次数增加先上升到最大幅值后下降，在12～16次碾压次数范围内存在一个最大值，0.18%聚酯纤维掺量的沥青混合料最佳压实次数为14次，动稳定度为4320次/mm，素沥青混合料的最佳值为13次，动稳定度2899次/mm。这是由于纤维作为外掺剂与沥青混合料进行搅拌的融合性始终低于素沥青混合料自身的融合程度，故素沥青混合料整体压实度会比0.18%的聚酯纤维沥青混合料大，当增加碾压次数时，素沥青混合料首先达到最适合的压实功大小，表现为动稳定度达到最大值。

聚酯纤维能够增加沥青混合料的粘结度，纤维细丝分布于混合料各个部位，整体的加筋效果显著，其整体强度也得到提升，故在12～14次轮碾范围内动稳定度的变化幅值较大，约508次/mm，比素沥青混合料的变化大50.2%。当碾压次数为16次时，素沥青混合料的动稳定度小于12次的动稳定度，其碾压次数过多破坏了矿料级配，降低了混合料的强度，而聚酯纤维混合料在16次时略大于标准次数下的动稳定度，仍起到一定作用。

2.4试验温度的影响

温度对路面的高温稳定性能有很大影响，规范采用（60±0.5）℃为标准试验温度，但在夏季，国内的许多地方地表温度会高于60℃。故结合以上试验结果，控制试验的温度，以5℃为区间间隔，控制温度为60～70℃，对纤维沥青混合料的高温稳定性能进行研究。图4为3个不同温度条件下沥青混合料的动稳定度曲线图。

高温条件下，路面材料的物理性质会受到影响，整体强度也会有相应改变。图4所示，在标准试验温度60℃时试件的动稳定度最大，温度继续上升，动稳定度线性减小，沥青混合料的高温稳定性受到较大影响。0.18%纤维掺量的沥青混合料在65℃、70℃的动稳定度分别为3428次/mm、2403次/mm，与素沥青混合料的1830次/mm、998次/mm相比，10℃温差内聚酯纤维沥青混合料动稳定度下降44%，小于素沥青混合料的66%。沥青混合料在高温条件下整体性能下降速率较快，聚酯纤维的掺入，相对提高混合料的高温拉伸强度，剪切破坏效应的影响随之减小。

3　结语

聚酯纤维作为沥青混合料的外掺剂能够有效提高路面的高温稳定性能，根据试验得到结果如下：

（1）在标准车辙试验得到的AC-16级配最佳沥青使用量4.6%条件下，掺入聚酯纤维后沥青混合料的动稳定度相对素沥青混合料有明显提高，在0.18%掺量时达到最大约3812次/mm，比素沥青混合料提高了48.9%；

（2）沥青混合料存在最佳压实功，0.18%最佳掺量的聚酯纤维沥青混合料在试件经14次往返压实后能够达到最大动稳定度4320次/mm，而素沥青混合料在13次压实后达到其动稳定度最大值2899次/mm；

（3）高温会降低沥青混合料的稳定性，从60℃上升至70℃，素沥青混合料动稳定度下降了66%，而聚酯纤维能够提高沥青混合料高温条件下的稳定性能，平均下降44%，比前者减少22%。

［1］ 曾榕彬，张远航，吴国雄.改性沥青和聚酯纤维对AC低温性能影响研究［J］.重庆交通大学学报（自然科学版），2010，29（5）：722-726.

［2］ 付春梅，齐善忠.掺纤维水泥稳定碎石抗裂性能研究分析［J］.中外公路，2015（2）：198-202.

［3］ 杨树.基于BBR试验的纤维沥青低温性能研究［J］.山西交通科技，2014（6）：26-28.

［4］ 中华人民共和国交通运输部.JTJ E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［5］ 中华人民共和国交通部.JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［6］ 曹林涛.压实功对级配的影响［J］.交通科技，2003（6）：34-36.

Research on High Temperature Stability of Polyester Fiber Asphalt

LIN Xi
（Xiamen Luluxing Road Greening Engineering Construction Co.，Ltd.，Xiamen 030006，China）

In order to solve the problem about the pavement rutting and upheaval which caused by the lack of high temperature stability of the pavement，The experimental study on the high temperature stability of fiber asphalt mixture was carried out by using polyester fiber as the mixture of asphalt mixture.The results show that the dynamic stability of asphalt mixture is improved about 3812（time/min）depending on 0.18%polyester fiber.The best compaction times of polyester fiber asphalt mixture is 14 times.The fall rate of dynamic stability of polyester fiber asphalt mixture is reduced by 22%against the plain asphalt mixture in the rage of 60℃to 70℃，and the high temperature stability of the mixture is enhanced.

Polyester fiber；Asphalt mixture；High temperature stability；Dynamic stability

U414.01

A

1673-6052（2016）03-0081-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.024