聚酯纤维沥青混合料路用性能研究与应用

2021-05-30

工程技术研究 2021年7期

湖南联智科技股份有限公司,湖南长沙 410208

在公路重载运输快速发展的背景下，人们对沥青路面提出了越来越高的要求，这就要求相关工作人员不断提高沥青路面的使用性能。聚酯纤维沥青混合料有着良好的使用性能，因而在沥青混合料中加入聚酯纤维越来越为人们所重视和应用。

1 研究背景

随着交通量和车辆荷载的不断增加，沥青路面出现了不同程度的破坏。当前国内外的研究内容主要在于提高沥青混合料本身的路用性能，预防沥青路面早期病害的发生，尤其是针对温差变化大、降水量比较多的区域。夏季高温多雨导致沥青路面的稳定性降低，在车辆的荷载作用下易出现多种破坏，如车辙、坑槽等，随着雨水的下渗导致路面损坏。如何减少沥青路面的车辙、坑槽、裂缝等病害，减少沥青路面的维修次数，成为相关研究人员的重要研究课题。改善材料的性能和质量是至关重要的，笔者认为将聚酯纤维作为添加剂加入沥青混合料中是提高沥青混合料性能、改善沥青路面性能的有效方式之一。

2 聚酯纤维概述

聚酯纤维是一种从石油中提炼的聚酯化产品。聚酯纤维具备很强的沥青亲和力，化学性能稳定且强度高，属于聚合纤维，具备很强的耐高温、耐低温性能，在250℃的环境中也不会收缩、变形、软化和失去强度，在-40℃的环境中仍能保持柔韧。

聚酯纤维在上面层沥青混合料中主要起加筋、增黏、稳定、抗疲劳和抵抗裂缝的作用。聚酯纤维在-40～250℃时，能够改善沥青的特性，提高沥青混合料的柔韧性和抵抗温缩裂缝的能力。

聚酯纤维呈惰性，不受环境和时间因素的影响，加入沥青混合料后能够和内部材料之间形成极大的凝聚力，明显提升耐久性能，让集料表面沥青的稳定性能得到明显提升，尤其在夏季高温状态下，纤维内部的空隙成为缓冲地带，不会出现泛油状态，可提高其高温稳定性。聚酯纤维在沥青混合料中可形成纵横交织的空间网格和结构沥青网（见图1），能够减少沥青自由膜，增大沥青的胶结性能，提高温度稳定性，减少温缩裂缝的产生。

图1 纤维与沥青形成的结构沥青网

3 聚酯纤维沥青混合料原材料及马歇尔试验

3.1 聚酯纤维沥青混合料原材料

选择上面层SBS沥青，以《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F 40—2004）为标准，按照一定的顺序进行施工检测，根据相关的特征开展试验，如针入度、软化点、延度等，检测聚酯纤维的比重、熔点、燃点温度、抗拉强度、断裂延伸率、卷曲性、含水率、倍长纤维、疵点含量等，确保所有的检测项目合格。另外，对粗、细集料和矿粉进行常规试验检测，所检指标全部合格。根据相关技术及规范，针对SMA-13上面层型沥青混合料矿料级配范围绘制变化曲线图。

3.2 聚酯纤维沥青混合料马歇尔试验

根据不同掺配方案选择出两种聚酯纤维，将其与木质素纤维进行对比分析。因聚酯纤维具备良好的吸附性能，将沥青包裹在聚酯纤维分散形成的网状空间结构内部，基于这种情况，聚酯纤维沥青混合料需要添加更多沥青用量。笔者选用木质素纤维和三种不同的添加了聚酯纤维的混合料（最佳油石比状态）进行马歇尔试验，具体结果见表1。

表1 SMA-13型沥青混合料马歇尔试验结果

纤维沥青混合料配合比与添加木质素纤维的配合比设计过程一致，但是在拌和时必须观察纤维分散状态与不同施工环节中的温度控制，以便保证沥青混合料的拌和质量。

（1）沥青混合料温度控制方法。沥青混合料拌和温度比较重要，如果沥青混合料的温度较高，沥青就具备了流动性，黏度降低，成型时会减少空间的间隙和试件的高度；如果沥青混合料的温度较低，沥青会快速凝结，黏度和孔隙增加，稳定程度会降低。在具体的使用过程中应该考虑聚酯纤维本身的情况和机理，此次试验在综合分析后确定了合适的温度。加入纤维时必须在风送设备内蓬松疏散之后，使用后鼓风机将其吹入搅拌锅内，和粗集料一起干拌和30～40s，之后加入沥青。根据沥青均匀裹覆集料的具体情况确定搅拌时间，保证纤维处于舒适状态，最后加入矿粉持续搅拌，搅拌时间为90s。

（2）沥青混合料压实方法。压实分为初压、复压、终压。①初压：双钢轮压路机前振、后振1遍。②复压：双钢轮压路机前振、后振4遍。③终压：双钢轮压路机前振、后振2遍。聚酯纤维混合料需要在上述碾压方案中增加复压2遍，即共计复压6遍。这是因为聚酯纤维加入沥青混合料后，大量的纤维被沥青裹覆后呈三维乱向分布，会形成纤维-骨架结构，存在一定的内部空隙，所以需要按上述要求保证碾压温度和碾压遍数，降低空隙率，提高压实质量。

4 聚酯纤维沥青混合料的路用性能试验

在路用性能方面，笔者选择水稳定性、低温抗裂性、抗渗透性能以及现场芯样空隙率等指标进行试验分析。经过试验，证明细聚酯纤维沥青混合料的残留稳定性最大，其次是粗聚酯纤维和细聚酯纤维混合料，其中木质素纤维混合料稳定性最小。其他检测指标从整体上来看，掺入聚酯纤维的改性沥青混合料的路用性能指标基本上都高于木质素纤维沥青混合料，说明在实际的运用中能够取得良好效果。具体试验结果见表2、表3。

表2 SMA-13型沥青混合料马歇尔路用性能试验结果

表3 沥青混合料残留稳定度及冻融劈裂强度试验结果

5 试验结果

此次试验结果表明，聚酯纤维沥青混合料的高温抗车辙性能、水稳定性能、低温抗裂性能以及其他路用性能指标等都高于木质素纤维沥青混合料，也达到了实际运用要求。通过试验对比可知，细聚酯纤维沥青混合料的使用效果最佳，粗聚酯纤维和细聚酯纤维混合料仅次于细聚酯纤维沥青混合料，粗聚酯纤维沥青混合料为最次。在路面工程的实际运用中，相关工作人员应根据聚酯纤维的具体指标参数、施工条件、建设成本等选择原材料，确保原材料的质量符合相关要求，并严格控制各个施工环节的温度以及压实质量，保证道路性能良好。