聚酯纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性研究

林　喜

（廈門鷺路興綠化工程建設(shè)有限公司 廈門市 361009）

聚酯纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性研究

林喜

（廈門鷺路興綠化工程建設(shè)有限公司 廈門市 361009）

為解決路面因高溫穩(wěn)定性不足而引起的車轍、擁包等問題，以聚酯纖維作為瀝青混合料的外摻劑，對纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性進行了試驗研究。結(jié)果表明：在4.6%最佳瀝青用量的標準車轍試驗條件下，0.18%的纖維摻量對瀝青混合料的動穩(wěn)定度提高最大，約3812次/mm；控制0.18%的纖維摻量指標，聚酯纖維瀝青混合料試件制備的最佳壓實次數(shù)為14次，動穩(wěn)定度達4320次/mm；在60～70℃溫度范圍內(nèi)，聚酯纖維瀝青混合料的動穩(wěn)定度下降比重比素瀝青混合料減少22%，聚酯纖維有效提高了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

聚酯纖維；瀝青混合料；高溫穩(wěn)定性；動穩(wěn)定度

隨著道路交通量的日漸增長，高溫穩(wěn)定破壞方式在道路結(jié)構(gòu)破壞問題中所占比例越來越大，尤其在重載交通和高溫雙重外因條件下，因車輛不斷的沖擊作用、垂直輪壓荷載及摩擦影響等形成面層受壓縮的永久變形和側(cè)向流動變形，導致車轍深度不斷增大，產(chǎn)生擁包、推擠等路面結(jié)構(gòu)破壞，影響行車舒適性，降低了路面的使用性能。關(guān)于將纖維材料添加到瀝青混合料中增加路面的抗裂性能已得到了許多研究［1-3］，而在纖維材料影響瀝青的高溫穩(wěn)定性研究方面關(guān)注較少。本文擬以聚酯纖維為添加劑對纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能進行試驗研究，分析纖維對瀝青路面高溫穩(wěn)定性能的影響，為解決道路高溫穩(wěn)定性破壞提供參考。

1　試驗材料

1.1瀝青

本試驗瀝青采用AH-90重交通道路石油瀝青，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》［4］（JTG E20-2011）的要求進行試驗檢測，其主要技術(shù)指標如表1，結(jié)果表明試驗瀝青符合重交通道路瀝青的技術(shù)要求。

表1　AH-90瀝青主要技術(shù)指標

1.2纖維材料

試驗采用的聚酯纖維，以（PET）為主要原料，強度高，耐高溫，材料纖細，拌和后在瀝青混合料中分散較廣泛、均勻，以三維立體方式對瀝青混合料進行加強，提高路面的整體使用壽命。其主要技術(shù)參數(shù)如表2。

表2　聚酯纖維的物化性能參數(shù)

1.3礦料

粗集料采用石灰?guī)r，細集料為石灰?guī)r石屑，礦粉采用石灰?guī)r磨制的粉末，由室內(nèi)試驗得到的礦料物理性質(zhì)狀況如表3，結(jié)果表明試驗材料符合規(guī)范要求。

表3　粗集料物理性質(zhì)指標

1.4礦料級配

通過對粗、細集料的物理指標分析，并結(jié)合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》［5］（JTG F40—2004）的要求，本試驗擬采用AC-16礦料級配，如表4。

表4　AC-16級配

2　試驗方案及結(jié)果分析

2.1最佳瀝青用量的確定

車轍試驗和馬歇爾試驗的瀝青混合料最佳瀝青用量有所不同，為使本試驗更加符合路面高溫穩(wěn)定性破壞的研究，擬在馬歇爾試驗得到瀝青混合料最佳油石比的基礎(chǔ)上，通過車轍試驗計算分析出其最佳瀝青用量值，再以此進行進一步的纖維瀝青混合料高溫穩(wěn)定性研究。試驗步驟如下：

（1）根據(jù)T0702標準擊實法制備直徑101.6± 0.2mm，高63.5±1.3mm的標準馬歇爾試件，測定其體積參數(shù)，確定馬歇爾試驗下的瀝青最佳油石比；

（2）在最佳油石比的基礎(chǔ)上，上下浮動瀝青用量值（范圍±0.3%）取8組；

（3）制備8組素瀝青混合料（0%聚酯纖維摻量）的板塊試件，規(guī)格300mm×300mm×50mm。常溫下放置12 h，將試件連同試模一起，置于已達到試驗溫度60±1℃的恒溫室中，保溫5h后。在不與試驗輪接觸的試件兩側(cè)黏貼2個電偶溫度計控制其試驗溫度，控制時間溫度穩(wěn)定在60±0.5℃；

（4）測試車轍試驗輪輪壓，要求（0.7±0.05）MPa，將試模放進試驗臺，試驗輪位于試模中心，保證其試驗方向與試件的碾壓方向一致；

（5）由下式計算動穩(wěn)定度（次/mm）

式中：d1、d2分別為對應(yīng)時間的變形量mm；C1、C2為試驗機修正系數(shù)和試件系數(shù)。

通過馬歇爾試驗得到瀝青混合料的最佳瀝青用量為4.7%。而車轍試驗結(jié)果見圖1。

由圖1可得，隨瀝青用量的增加，瀝青混合料的動穩(wěn)定度先增大后減小，峰值在2561.87次/mm附近，對應(yīng)的瀝青用量為4.59%，相對馬歇爾試驗結(jié)果減小約0.1%；在動穩(wěn)定度上升階段，瀝青用量在4.49%～4.59%段變化最快，在4.59%～4.69%下降緩慢，表明瀝青混合料在此范圍內(nèi)的瀝青用量對路面高溫穩(wěn)定性影響最大，最佳用量值約4.6%。在進行車轍試驗測定纖維高溫穩(wěn)定性時，以4.6%的瀝青用量作為指標，研究摻入纖維條件下的瀝青混合料的動穩(wěn)定度變化。本試驗重點研究試件的纖維摻量、壓實功和試件溫度在瀝青混合料外摻聚酯纖維材料時動穩(wěn)定度的影響，以表征纖維對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的效用。

2.2聚酯纖維摻量的影響

聚酯纖維材料具有抗拉強度高、耐腐蝕等優(yōu)點，在瀝青混合料中起到加筋和增強瀝青混合料的黏結(jié)力等作用，但超量的聚酯纖維會影響混合料的壓實效果。本試驗擬以0.2%、0.25%、0.3%、0.35%和0.4%的纖維摻量與素瀝青混合料（0%的纖維摻量）作對比，制備車轍試件研究其高溫穩(wěn)定性影響效果。圖2為纖維摻量與動穩(wěn)定度的關(guān)系曲線。

根據(jù)圖2，在4.6%瀝青用量條件下的混合料動穩(wěn)定度隨著聚酯纖維摻量的增加，經(jīng)歷了一個先上升后下降的凸形曲線，速率為快速增加—緩慢增加—緩慢下降—快速減小的過程；纖維用量在0.18%時瀝青混合料的動穩(wěn)定度達到最大，約3812次/mm，比素瀝青混凝土的動穩(wěn)定度提高了48.9%，這個提升主要是因為聚酯纖維在發(fā)揮作用；不同摻量的聚酯纖維材料（0.1%～0.3%）均在不同程度上提高了材料的高溫穩(wěn)定性能，在0.15%～0.23%的摻量范圍內(nèi)，動穩(wěn)定度變化較緩慢，表明在此區(qū)間內(nèi)，聚酯纖維的影響在其最大工作效率小范圍上下波動。

聚酯纖維材料的整體強度高，能夠在三個方向上對瀝青混合料進行強度提高。當纖維摻量逐漸增加時，粒料間的粘結(jié)力得到加強，混合料的高溫穩(wěn)定性能上升顯著；但隨纖維摻量增加至最佳值后，由于大量纖維摻入混合料中未能得到有效利用，反而易引起纖維的抱團，影響瀝青混合料的密實度等，聚酯纖維的工作效率因此下降，瀝青混合料的動穩(wěn)定度也隨之減小。

2.3壓實功的影響

級配對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有一定影響［5］，壓實功的變化對混合料的級配也存在一定作用。規(guī)范要求制備車轍試件需要碾壓12個往返，針對實際試驗不一定是最佳碾壓次數(shù)。為研究聚酯纖維瀝青混合料相對素瀝青混合料的壓實功影響，在4.6%瀝青用量、0.18%聚酯纖維摻量條件下，計劃設(shè)定12、14、15次往返碾壓次數(shù)下的輪碾法成型試件進行車轍試驗。關(guān)于試驗結(jié)果的動穩(wěn)定度與輪碾次數(shù)的關(guān)系如圖3。

圖3表明，本試件制備的最佳壓實次數(shù)大于12次，兩條曲線均隨輪碾次數(shù)增加先上升到最大幅值后下降，在12～16次碾壓次數(shù)范圍內(nèi)存在一個最大值，0.18%聚酯纖維摻量的瀝青混合料最佳壓實次數(shù)為14次，動穩(wěn)定度為4320次/mm，素瀝青混合料的最佳值為13次，動穩(wěn)定度2899次/mm。這是由于纖維作為外摻劑與瀝青混合料進行攪拌的融合性始終低于素瀝青混合料自身的融合程度，故素瀝青混合料整體壓實度會比0.18%的聚酯纖維瀝青混合料大，當增加碾壓次數(shù)時，素瀝青混合料首先達到最適合的壓實功大小，表現(xiàn)為動穩(wěn)定度達到最大值。

聚酯纖維能夠增加瀝青混合料的粘結(jié)度，纖維細絲分布于混合料各個部位，整體的加筋效果顯著，其整體強度也得到提升，故在12～14次輪碾范圍內(nèi)動穩(wěn)定度的變化幅值較大，約508次/mm，比素瀝青混合料的變化大50.2%。當碾壓次數(shù)為16次時，素瀝青混合料的動穩(wěn)定度小于12次的動穩(wěn)定度，其碾壓次數(shù)過多破壞了礦料級配，降低了混合料的強度，而聚酯纖維混合料在16次時略大于標準次數(shù)下的動穩(wěn)定度，仍起到一定作用。

2.4試驗溫度的影響

溫度對路面的高溫穩(wěn)定性能有很大影響，規(guī)范采用（60±0.5）℃為標準試驗溫度，但在夏季，國內(nèi)的許多地方地表溫度會高于60℃。故結(jié)合以上試驗結(jié)果，控制試驗的溫度，以5℃為區(qū)間間隔，控制溫度為60～70℃，對纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能進行研究。圖4為3個不同溫度條件下瀝青混合料的動穩(wěn)定度曲線圖。

高溫條件下，路面材料的物理性質(zhì)會受到影響，整體強度也會有相應(yīng)改變。圖4所示，在標準試驗溫度60℃時試件的動穩(wěn)定度最大，溫度繼續(xù)上升，動穩(wěn)定度線性減小，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性受到較大影響。0.18%纖維摻量的瀝青混合料在65℃、70℃的動穩(wěn)定度分別為3428次/mm、2403次/mm，與素瀝青混合料的1830次/mm、998次/mm相比，10℃溫差內(nèi)聚酯纖維瀝青混合料動穩(wěn)定度下降44%，小于素瀝青混合料的66%。瀝青混合料在高溫條件下整體性能下降速率較快，聚酯纖維的摻入，相對提高混合料的高溫拉伸強度，剪切破壞效應(yīng)的影響隨之減小。

3　結(jié)語

聚酯纖維作為瀝青混合料的外摻劑能夠有效提高路面的高溫穩(wěn)定性能，根據(jù)試驗得到結(jié)果如下：

（1）在標準車轍試驗得到的AC-16級配最佳瀝青使用量4.6%條件下，摻入聚酯纖維后瀝青混合料的動穩(wěn)定度相對素瀝青混合料有明顯提高，在0.18%摻量時達到最大約3812次/mm，比素瀝青混合料提高了48.9%；

（2）瀝青混合料存在最佳壓實功，0.18%最佳摻量的聚酯纖維瀝青混合料在試件經(jīng)14次往返壓實后能夠達到最大動穩(wěn)定度4320次/mm，而素瀝青混合料在13次壓實后達到其動穩(wěn)定度最大值2899次/mm；

（3）高溫會降低瀝青混合料的穩(wěn)定性，從60℃上升至70℃，素瀝青混合料動穩(wěn)定度下降了66%，而聚酯纖維能夠提高瀝青混合料高溫條件下的穩(wěn)定性能，平均下降44%，比前者減少22%。

［1］ 曾榕彬，張遠航，吳國雄.改性瀝青和聚酯纖維對AC低溫性能影響研究［J］.重慶交通大學學報（自然科學版），2010，29（5）：722-726.

［2］ 付春梅，齊善忠.摻纖維水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能研究分析［J］.中外公路，2015（2）：198-202.

［3］ 楊樹.基于BBR試驗的纖維瀝青低溫性能研究［J］.山西交通科技，2014（6）：26-28.

［4］ 中華人民共和國交通運輸部.JTJ E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［5］ 中華人民共和國交通部.JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［6］ 曹林濤.壓實功對級配的影響［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