聚酯纤维对再生沥青混合料路用性能的影响

■江名飞

（上饶市鄱阳公路事业发展中心， 上饶 333100）

近年来， 随着就地热再生技术的大规模发展，我国在公路维修过程中产生的废旧沥青混合料逐渐得到回收利用， 不仅解决了土地资源占用问题，同时还减少了对环境的污染[1-2]。 但部分废旧沥青混合料的性能下降严重，导致再次利用后性能仍无法满足要求，因此，如何有效提升再生沥青混合料的性能已成为当下学者急需研究的重要课题[3-4]。

目前，纤维作为一种优良的添加剂，已在改善再生沥青混合料性能方面得到了广泛应用， 如王修山等[5]通过车辙试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和低温弯曲试验对陶瓷纤维改性沥青混合料的路用性能进行评估， 验证了陶瓷纤维对沥青混合料的路用性能有重要改善作用。徐松等[6]发现玄武岩纤维对再生沥青混合料高温稳定性、 低温抗裂性能的改善效果较为显著， 而木质素纤维对混合料的水稳定性的增强效果更为明显。罗良惠等[7]发现掺加玻璃纤维可以有效改善混合料的高温稳定性， 可以提高沥青混合料在低温时的弹性和抗变形能力， 但是对弯拉强度没有帮助。郭志强[8]在沥青混合料中加入了不同长度和掺量的短切短纤维， 研究了碳纤维长度和掺量对沥青混合料动稳定度、 低温弯曲性能和冻融劈裂强度比的影响。 上述研究主要集中在不同种类纤维对传统再生沥青混合料性能的研究， 而关于纤维对高RAP 掺量沥青混合料路用性能的研究还需进一步完善， 基于此， 本研究选取聚酯纤维作为添加剂， 分别针对不同旧料掺量沥青混合料的路用性能进行比较分析，最终证明了聚酯纤维改善高RAP 掺量沥青混合料路用性能的优良效果。

1 原材料

旧沥青：旧沥青混合料取自某公路路面翻修铣刨时产生的铣刨料，由于该道路已运营4 年，且试验旧料掺量较高，需针对老化沥青的三大指标进行测定， 测定结果： 沥青含量4.5%、25℃针入度56.7（0.1 mm）、软化点53.6℃、15℃延度43.5 cm。

新沥青：试验中制备新沥青混合料和再生沥青混合料均采用70#基质沥青，其技术指标见表1。

表1 70# 基质沥青技术指标

集料：粗集料采用粒径范围为5～10 mm 的石灰岩碎石，其技术指标见表2。 细集料采用机制砂，粒径范围为0～5 mm， 表观密度2.76 g/cm3， 吸水率0.7%。 矿粉由石灰岩磨细所得， 其表观密度2.72 g/cm3，吸水率0.5%。

纤维：试验选用价格低廉、干法工艺简单的聚酯纤维，其技术指标见表3。

表3 聚酯纤维技术指标

2 配合比设计

2.1 矿料级配设计

本试验主要研究聚酯纤维对高RAP 掺量再生沥青混合料路用性能的影响， 旧料掺量需超过50%，同时添加新集料调整级配，选择旧料掺量分别为0%、60%、80%及100%的4 组再生沥青混合料进行AC-13 级配设计，其目标级配见表4。

表4 AC-13 混合料目标级配

2.2 最佳沥青用量确定

按照JTG E20-2011 《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规范要求，分别对不同旧料掺量的沥青混合料试件进行马歇尔试验，每组试件击实75 次，试验结果见表5。

表5 不同旧料掺量的沥青混合料马歇尔试验结果

3 结果与分析

按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》规范要求，分别对不同聚酯纤维掺量和旧料掺量的再生沥青混合料试件进行高温车辙、低温小梁弯曲、 浸水马歇尔以及冻融劈裂试验，其中聚酯纤维掺量分别为0%、1%、2%、3%、4%，旧料掺量分别为0、60%、80%、100%，为了保证试验结果的准确性，各试件均测量3 次，计算结果取其平均值。

3.1 高温稳定性

依次对聚酯纤维掺量为0%～4%的不同旧料掺量再生沥青混合料试件进行车辙试验，得到再生沥青混合料的动稳定度变化曲线见图1。

图1 动稳定度变化曲线

由图1 可知，掺入聚酯纤维后，不同旧料掺量沥青混合料的动稳定度均出现不同程度增大，且对于掺入旧料的沥青混合料动稳定度增幅更为明显。当纤维掺量由0%增至3%时，不同旧料掺量沥青混合料的动稳定度均不断增大， 但纤维掺量由3%增至4%时， 不同旧料掺量沥青混合料的动稳定度开始逐渐减小，且纤维掺量为3%时，旧料掺量为0%、60%、80%及100%沥青混合料的动稳定度均达到最大值，由此说明，对于增强高RAP 掺量再生沥青混合料高温稳定性能而言， 聚酯纤维掺量选择3%的效果更佳。

3.2 低温抗裂性

依次对聚酯纤维掺量为0%～4%的不同旧料掺量沥青混合料试件进行小梁弯曲试验， 得到再生沥青混合料的弯拉强度和劲度模量变化曲线见图2、3。

图2 弯拉强度变化曲线

由图2 可知，掺入聚酯纤维后，不同旧料掺量沥青混合料的弯拉强度均有所增大，且对于掺入旧料的沥青混合料弯拉强度增幅更为显著。 当纤维掺量由0%增至2%时，不同旧料掺量沥青混合料的弯拉强度均不断增大， 纤维掺量由2%增至4%时，不同旧料掺量沥青混合料的弯拉强度开始逐渐减小，在纤维掺量为2%时， 旧料掺量为60%、80%及100%的沥青混合料弯拉强度均达到最大值，而新沥青混合料的弯拉强度最大值出现在3%纤维掺量，说明聚酯纤维掺量选择2%的再生沥青混合料弯拉强度相对较优。

由图3 可知，掺入聚酯纤维后，不同旧料掺量沥青混合料的劲度模量均有所减小，但对于掺入旧料的沥青混合料劲度模量减幅相对较小。 当纤维掺量由小于2%时， 不同旧料掺量的沥青混合料劲度模量减小幅度不大，但纤维掺量超过2%后，不同旧料掺量的沥青混合料劲度模量减小幅度开始明显增大， 说明纤维掺量选择2%对于再生沥青混合料劲度模量的影响更小。 综合分析，对于提升高RAP掺量再生沥青混合料的低温抗裂性能而言，聚酯纤维掺量选择2%的效果较优。

图3 劲度模量变化曲线

3.3 水稳定性

依次对聚酯纤维掺量为0%～4%的不同旧料掺量沥青混合料试件进行浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验，得到再生沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比变化曲线见图4、图5。

图4 残留稳定度变化曲线

图5 冻融劈裂强度比变化曲线

由图4 可知，掺入聚酯纤维后，不同旧料掺量沥青混合料的残留稳定度均有所增大，且对于掺入旧料的沥青混合料残留稳定度增幅相对较大。 当纤维掺量由0%增至3%时，不同旧料掺量沥青混合料的残留稳定度均呈增大趋势， 纤维掺量由3%增至4%时， 不同旧料掺量沥青混合料的残留稳定度开始逐渐减小，其中60%旧料掺量的沥青混合料残留稳定度在纤维掺量为2%时达到最大值， 而其他沥青混合料的残留稳定度最大值均出现在3%纤维掺量， 说明聚酯纤维掺量选择2%～3%的再生沥青混合料残留稳定度较好。

由图5 可知，不同旧料掺量沥青混合料的冻融劈裂强度比随着聚酯纤维的掺入均有所增大，且对于掺入旧料的沥青混合料冻融劈裂强度比影响较大。 当纤维掺量由0%增至3%时，不同旧料掺量沥青混合料的冻融劈裂强度比均呈增大趋势，纤维掺量由3%增至4%时，不同旧料掺量沥青混合料的冻融劈裂强度比开始逐渐减小，且不同旧料掺量的沥青混合料残留稳定度的最大值基本出现在纤维掺量2%～3%范围内。 综合分析，对于提升高RAP 掺量再生沥青混合料的水稳定性能而言，聚酯纤维掺量选择2%～3%范围的效果相对较好。

4 结论

（1）聚酯纤维的掺入可提升不同旧料掺量沥青混合料的动稳定度，纤维掺量为3%时，不同旧料掺量沥青混合料的动稳定度均达到最大值， 此时高RAP 掺量再生沥青混合料的高温稳定性能最好。（2）聚酯纤维的掺入可增大不同旧料掺量沥青混合料的弯拉强度，但劲度模量会减小，纤维掺量为2%时， 不同旧料掺量沥青混合料的弯拉强度最大，且对于沥青混合料劲度模量的影响相对较小，说明纤维掺量选择2%的高RAP 掺量再生沥青混合料低温抗裂性较优。 （3）聚酯纤维的掺入可增大不同旧料掺量沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比， 其中纤维掺量为2%～3%的混合料残留稳定度和冻融劈裂强度比较好， 说明纤维掺量选择2%～3%范围对于提升高RAP 掺量再生沥青混合料的水稳定性能效果较好。