聚酯纖維對瀝青混凝土性能的影響及施工

冉紅平

(岢臨高速公路建設(shè)管理處，山西臨縣 033200)

近年來，我國經(jīng)濟飛速發(fā)展，公路建設(shè)和城市道路建設(shè)方興未艾。路面行車更安全、更舒適以及更耐久，是人們對路面質(zhì)量提出的新要求。瀝青路面是我國最主要的路面結(jié)構(gòu)形式之一，在我國得到了廣泛應(yīng)用。瀝青路面具有路面平整、行車舒適度高、噪聲低等特點，在我國的高等級公路中占90%左右。然而，由于我國經(jīng)濟快速發(fā)展，汽車保有量迅猛增長，公路交通量大幅增加，另外隨著汽車軸重的增加，交通渠化等各種原因，我國瀝青混凝土路面的早期損壞十分嚴重。在我國，很多還不到年限的瀝青路面出現(xiàn)了諸如車轍、開裂、坑槽等病害。這使得我國瀝青路面使用壽命大大縮短、服務(wù)水平急劇下降。如何能夠有效的提高混凝土抗裂能力、改善抗疲勞性能等路用性能，是需要解決的一個難題。

研究發(fā)現(xiàn)，纖維作為一種高強、耐久、質(zhì)輕的增強材料，能極大的提高瀝青路面的力學(xué)性能，并延長路面使用壽命。按照國外的經(jīng)驗，在瀝青混凝土中加入聚酯纖維，相比傳統(tǒng)混凝土，具有更優(yōu)的機械性能和耐化學(xué)性，可極大的改善瀝青路面的高溫穩(wěn)定性及疲勞耐久性，克服瀝青面層早期病害，有效解決車轍、裂縫、路面推移等多種路面“頑疾”，大大延長路面使用壽命，具有良好的社會效益及經(jīng)濟效益。

1 聚酯纖維的性能

聚酯纖維，英文:polyester fibre，是由有機二元酸和二元醇縮聚成的聚酯經(jīng)紡絲后所獲得的一種合成纖維(見圖1)。

圖1 聚酯纖維的生產(chǎn)流程

聚酯纖維具有良好的工程應(yīng)用性能。聚酯纖維的抗拉強度不小于520 MPa，具有極強的抗拉性;熔點不小于255℃，燃點不小于556℃，具有極強的耐高溫性;在溫度－40℃ ～255℃的范圍內(nèi)，不會產(chǎn)生收縮變形或失去強度;纖絲長度6.35 mm左右，具有良好的柔韌性，不會產(chǎn)生卷曲，工程中利于攪拌。

在瀝青混凝土中加入聚酯纖維，應(yīng)用其強度高、耐腐蝕、耐高溫、瀝青握裹力強等優(yōu)勢，可有效提高瀝青混合料的力學(xué)性能。在聚酯纖維瀝青混凝土內(nèi)部，數(shù)量巨大的纖維單絲起到加筋和橋接作用，可有效的克服瀝青面層早期病害，大大的延長路面使用壽命。

聚酯纖維瀝青混凝土具有廣泛的應(yīng)用范圍。可用于新舊瀝青混凝土路面罩面、橋面鋪設(shè)瀝青混凝土磨耗層及氣膜層、舊瀝青路面和舊水泥路面的薄層瀝青混凝土罩面、機場跑道與停機坪的加強、路面補強和修復(fù)、路沿加強等工程應(yīng)用中。

2 聚酯纖維的作用原理

聚酯纖維作為一種改善瀝青路面性能和延長路面使用壽命的新材料，能夠牢牢控制瀝青混凝土的微觀裂紋，大大改善瀝青路面的路用性能。據(jù)賓夕法尼亞州州立大學(xué)的研究和在公路中的實踐，較普通混合料，可以將疲勞壽命提高25% ～45%，車轍量減少45%～53%。

2.1 早期路面破壞形式

在早期的路面破壞中，裂縫、車轍及搓板路是主要的病害形式。

裂縫主要包括荷載裂縫和溫縮裂縫(見圖2)。

圖2 裂縫成因示意圖

1)荷載裂縫。路面車輛行駛時，在荷載作用下，半剛性基層的底部就會產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)半剛性基層的強度不足以抵抗拉應(yīng)力時，在基層底部就會產(chǎn)生裂縫。隨著行車載荷的反復(fù)作用，路基底部的裂縫就會逐漸擴展到路面表面，從而形成路面裂縫。

2)溫縮裂縫。瀝青混凝土剛度大，容易產(chǎn)生溫縮裂縫。當(dāng)氣溫降低時，瀝青產(chǎn)生收縮變形，形成收縮拉應(yīng)力。當(dāng)瀝青混凝土的抗拉強度不足以抵抗收縮拉應(yīng)力時，就會在路面形成裂縫，其中橫向裂縫居多。

路面車轍病害(見圖3)，主要是由于瀝青混合料的粘滯流動導(dǎo)致的。當(dāng)氣溫較高時，瀝青路面在行車載荷的反復(fù)作用下，就會產(chǎn)生橫向剪切變形，形成剪應(yīng)力。當(dāng)瀝青路面的強度不足以抵抗載荷產(chǎn)生的剪應(yīng)力時，特別是重載車輛頻繁通過時，就會在路面形成車轍。

搓板路面，主要是由于瀝青混合料的熱穩(wěn)定性不足導(dǎo)致的。當(dāng)瀝青混凝土路面的熱穩(wěn)定性不足時，在行車載荷的反復(fù)作用下，就會在沿著車輪前進的方向形成推移波浪，俗稱搓板路。

普通的瀝青路面，路面易損壞、易泛油、冬天易開裂、多雨地區(qū)易剝落，既影響了道路的順利暢通，又耗費了大量人力物力，嚴重制約著我國公路事業(yè)的發(fā)展。

圖3 車轍成因示意圖

2.2 聚酯纖維的作用機理

將聚酯纖維摻入普通的瀝青混合料中，能夠改善瀝青路面的高溫穩(wěn)定性、疲勞耐久性，并具有低溫抗開裂和防止反射裂縫出現(xiàn)的效果。

聚酯纖維在混凝土中的作用:

1)增強承受拉應(yīng)力。聚酯纖維具有較好的高溫穩(wěn)定性與斷裂延伸率。在－40℃ ～250℃的溫度范圍內(nèi)，不脆化、不軟化、不變形，通過與骨料的咬合作用，形成較大的摩擦角。利用與瀝青握裹力強的優(yōu)勢，通過粘結(jié)料的粘聚，可將路基產(chǎn)生的拉應(yīng)力有效的傳遞給纖維，并主要由纖維來承擔(dān)，從而使得路面上的行車載荷對路基的作用實現(xiàn)及時分散。

2)提高集料之間的粘結(jié)力。每根聚酯纖維兩端具有明顯的凸起，似“觸角”狀，利于纖維在瀝青中形成很強的橋接和加筋作用;纖維在混合料中以三維分散存在，瀝青呈單分子狀排列在纖維表面，形成結(jié)合牢固的結(jié)構(gòu)瀝青薄膜，使得瀝青在纖維表面產(chǎn)生物理浸潤、吸附、擴散及鍵合作用，增加瀝青與礦料的粘附性，增強加強筋效果。

3)提高瀝青的穩(wěn)定性。在聚酯纖維瀝青混凝土內(nèi)部，纖維的三維分散排列大大增加了混合料的總比表面積，瀝青吸附在纖維表面，使瀝青膜處于穩(wěn)定狀態(tài)。在夏天高溫季節(jié)，纖維阻礙了瀝青的軟化，使瀝青變稠，不至于成為自由瀝青而泛油。

以在每噸瀝青混合料中摻入2.25 kg的聚酯纖維為例，在形成的瀝青混合料中，有18億根以上的聚酯纖維在瀝青基體內(nèi)呈三向隨機分布，所形成的三維立體纖維骨架結(jié)構(gòu)網(wǎng)，可有效的增加結(jié)構(gòu)瀝青比例，減薄自由瀝青膜，提高瀝青膠漿的粘結(jié)性能，有效抑制瀝青混凝土的開裂、車轍等早期病害，大幅提高瀝青路面的耐久性，延長路面使用壽命。

3 聚酯纖維瀝青混凝土的施工工藝

使用摻加聚酯纖維的瀝青混凝土路面，外觀與普通瀝青混凝土路面基本相同，但路面的耐久性能得到了極大提升。

3.1 纖維混凝土與傳統(tǒng)混凝土施工的不同

摻加聚酯纖維的瀝青混凝土路面的施工與傳統(tǒng)瀝青混凝土路面的施工基本相同，但在施工中也存在區(qū)別。本文對這兩種路面的施工不同點進行介紹:

1)增加纖維添加設(shè)備。在摻加聚酯纖維的瀝青混凝土路面施工中，與傳統(tǒng)的瀝青混凝土的施工設(shè)備相比，須增加專用的纖維添加設(shè)備。在纖維瀝青混凝土中，纖維在混合料中所占的比重很小，但纖維摻加量的準確是確保施工質(zhì)量的一個重要因素。在施工中，纖維摻加量的不均勻會導(dǎo)致混合料用油量的波動。因此，為確保施工質(zhì)量，對纖維摻加設(shè)備的精度自動化要求就很高，盡量采用具有自動計量和控制功能的添加設(shè)備。

2)拌和。施工工藝與不添加纖維時基本相同，只是由于纖維的加入，需要延長干拌、濕拌時間。將纖維與集料同時加入攪拌機，先干拌25 s～30 s，以確保纖維與集料拌合均勻;再濕拌30 s，以實現(xiàn)纖維和瀝青混合料的良好裹覆。

3.2 纖維瀝青混凝土施工中的注意事項

1)施工各工序合理的時間安排。在聚酯纖維瀝青混凝土的施工中，拌合時間延長，使得拌和設(shè)備的生產(chǎn)能力下降20% ～30%，如拌合能力不進行調(diào)整，則會使得施工周期延長。因此，在進行施工計劃編制時，必須綜合考慮拌合設(shè)備、拌合能力以及基層施工等多種因素，合理統(tǒng)籌考慮時間安排?？赏ㄟ^增加拌和設(shè)備、提高拌和能力或加快基層施工等方式，確保瀝青面層具有充分合理的施工時間。

2)根據(jù)目標配合比確定纖維用量，必須確保稱量的準確性。纖維摻加量是影響混合料質(zhì)量的一個重要方面?？筛鶕?jù)生產(chǎn)中每盤混合料應(yīng)使用纖維的量進行分裝，使用時無須打開包裝，直接按比例加入，方便安全。

3)確定混合料適宜的拌和及出廠溫度。在纖維瀝青混合料的施工中，溫度控制是特別重要的一個環(huán)節(jié)，是影響施工質(zhì)量的一個重要因素。在施工中，混合料的出廠溫度控制在130℃ ～160℃為宜;當(dāng)使用改性瀝青時，應(yīng)再將出廠溫度提高10℃ ～15℃為宜，但是纖維的摻加不必進行溫度調(diào)整。

4)碾壓。在瀝青混合料中摻加聚酯纖維后，混合料的粘稠度增大。因此，在碾壓時，可在普通瀝青混合料碾壓遍數(shù)的基礎(chǔ)上再增加1遍～2遍，確保壓實效果達到設(shè)計要求。在施工中，也可以提高攤鋪和碾壓溫度，由壓路機緊隨攤鋪機之后立刻進行碾壓作業(yè)，避免溫度下降過多，降低壓實效果。

4 結(jié)語

將聚酯纖維摻入瀝青混合料中，由于聚酯纖維具有良好的吸附、穩(wěn)定及加筋效果，大幅的提高了瀝青路面的高溫穩(wěn)定及低溫抗裂等性能，對于提高路面的抗車轍及疲勞耐久性，延長路面使用壽命具有重要意義。在國外，纖維瀝青混凝土路面得到了成熟的應(yīng)用。在我國，從20世紀90年代開始也逐步使用，由于該路面具有良好的路用性能，應(yīng)用前景廣闊，應(yīng)用范圍也將越來越廣泛。

［1］百度文庫——加聚酯纖維瀝青混凝土的施工方法，http：//wenku.baidu.com/view/0a561163caaedd3383c4d3d7.html，2014-02-22.

［2］瀝青混凝土內(nèi)摻加“聚脂纖維”在華北油田會戰(zhàn)道工程中的應(yīng)用，http：//www.c－ bm.com/price/shownews.aspx?pnt=2＆id=1121343，2014-02-22.

［3］鄭儒海，王延偉，張登鋒，等.纖維增強瀝青混凝土高溫性能研究［J］.國外建材科技，2006(7)：39-41.