公路工程聚酯纖維改性瀝青路面施工技術(shù)

張達(dá)

（石家莊市交投津石高速公路建設(shè)管理有限公司深正分公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

聚酯纖維材料作為輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久性良好的增強(qiáng)材料，被越來越多地應(yīng)用于瀝青混凝土路面施工中。相關(guān)實(shí)踐結(jié)果表明，在混合料中適量摻加聚酯纖維材料后，可改善混合料各項(xiàng)性能，尤其是低溫條件下的抵抗裂縫產(chǎn)生的能力、水穩(wěn)定性與抗疲勞性，是當(dāng)前提高瀝青路面技術(shù)性能的重要措施。目前，已經(jīng)有很多高等級公路開始在瀝青面層使用中摻加聚酯纖維材料，其摻加量通常為0.2%～0.3%。為保證摻加聚酯纖維材料后的效果，本文對相關(guān)施工技術(shù)進(jìn)行分析。

1 聚酯纖維主要作用

1.1 吸附

通過添加聚酯纖維能增加瀝青用量，增加瀝青膜的厚度，起到延緩瀝青老化的作用，使瀝青始終保持良好黏彈性，減弱對溫度因素的敏感性，實(shí)現(xiàn)對混合料溫度性能的改善，從而延長路面結(jié)構(gòu)整體使用壽命。

1.2 穩(wěn)定

縱橫交錯(cuò)的聚酯纖維可以吸附瀝青，使結(jié)構(gòu)瀝青比例變大，避免產(chǎn)生過多的自由瀝青，確保瀝青膜處在相對穩(wěn)定的狀態(tài)中。另外，聚酯纖維還能使混合礦粉的瀝青膠漿有更強(qiáng)的黏滯性，使軟化點(diǎn)明顯提高，進(jìn)而保證高溫條件下混合料的穩(wěn)定性。聚酯纖維通過增強(qiáng)膠漿黏結(jié)力，使瀝青和礦料的握裹力與黏附性大幅增強(qiáng)，在瀝青膜黏結(jié)作用下，集料之間保持更高的黏結(jié)力，進(jìn)而使路面有良好整體性，避免松散[1]。

1.3 加筋

膠漿中聚酯纖維為三相隨機(jī)分布，數(shù)量很多，可分布于所有混合料中，對阻止開裂與提升自愈能力都有重要作用，能顯著減少裂縫的產(chǎn)生。

2 聚酯纖維指標(biāo)評價(jià)和類型選擇

2.1 指標(biāo)評價(jià)

對摻加聚酯纖維的混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先確定滿足要求的各類原材料，其技術(shù)指標(biāo)要求與一般混合料基本相同，但在選擇纖維類型時(shí)，需充分考慮實(shí)際情況與要求，具體的摻加量則要通過試驗(yàn)確定，通常情況下的摻量需控制在0.2%～0.3%范圍內(nèi)。聚酯纖維直徑不能超過20±5μm，長度不能超過6±2mm，密度不能超過1.36±0.04g/cm3，抗拉強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到500MPa以上，含水率不能超過2%；對于聚丙烯腈綸，其直徑不能超過13±3μm，長度不能超過6±2mm，密度不能超過1.18±0.03g/cm3，抗拉強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到900MPa以上，含水率不能超過2%。

2.2 類型選擇

作為在公路路面施工中使用的纖維，其軟化、熔融及裂解溫度都應(yīng)較高，用于滿足混合料拌制與攤鋪要求，此外還應(yīng)具備足夠的拉伸強(qiáng)度，同時(shí)在濕態(tài)條件下不可大幅降低。相較于其他纖維材料，聚酯纖維主要具有下列性能：

（1）高溫穩(wěn)定性?；?50℃的溫度加熱不同纖維材料，并觀察纖維強(qiáng)度發(fā)生的變化，實(shí)測表明，聚酯纖維連續(xù)加熱1 000h后，其強(qiáng)度損失不超過50%，而其他纖維材料從加熱開始就產(chǎn)生明顯的顏色變化和強(qiáng)度下降，以聚丙烯腈纖維為例，僅加熱150h，其強(qiáng)度就損失了50%，可見，聚酯纖維高溫穩(wěn)定性良好。

（2）力學(xué)性能。聚酯纖維分子鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整，且苯環(huán)和對位酯基屬于剛性基團(tuán)，因此聚酯纖維初始模量相對較高?；谶@種分子結(jié)構(gòu)，聚酯纖維斷裂強(qiáng)度很高，且斷裂延伸率良好，與混合料要求相適應(yīng)。此外，聚酯纖維還具有良好的耐疲勞強(qiáng)度。

（3）日照與大氣作用下穩(wěn)定性。經(jīng)試驗(yàn)，對聚酯纖維進(jìn)行長時(shí)間日照，其強(qiáng)度基本不變，表明其耐候性良好。

3 聚酯纖維的摻加對瀝青混合料可能造成的影響

為確定聚酯纖維的適當(dāng)添加能否改善混合料性能，對同種級配普通混合料和添加聚酯纖維后的混合料實(shí)施性能試驗(yàn)對綜合對比（油石比為4.4%），其結(jié)果為：對于普通混合料，其殘留穩(wěn)定度為89.5%（滿足規(guī)范提出的不低于85%的要求），劈裂強(qiáng)度為85.6%（滿足規(guī)范提出的不低于80%的要求），動(dòng)穩(wěn)定度為924 次/mm（滿足規(guī)范提出的不低于800 次/mm 的要求），小梁彎曲為1 837.3με；對于摻加聚酯纖維后的混合料（摻加量為0.225%），其殘留穩(wěn)定度為94.2%（滿足規(guī)范提出的不低于85%的要求），劈裂強(qiáng)度為82.3%（滿足規(guī)范提出的不低于80%的要求），動(dòng)穩(wěn)定度為1 473 次/mm（滿足規(guī)范提出的不低于800 次/mm 的要求），小梁彎曲為2 213.7με。從以上試驗(yàn)與對比結(jié)果可知，適量摻加聚酯纖維材料后，混合料的各項(xiàng)性能均有所提升，包括抵抗水損害的能力及溫度穩(wěn)定性。但需要注意，在選擇具體的聚酯纖維類型時(shí)間，某些聚酯纖維材料的質(zhì)量并不能達(dá)到規(guī)范要求，若使用這種聚酯纖維材料，將對混合料性能造成不利影響，如降低劈裂強(qiáng)度，因此施工中必須選擇質(zhì)量達(dá)到要求的聚酯纖維材料。

聚酯纖維材料改善瀝青混合料疲勞性能的作用機(jī)理為：材料疲勞指的是在重復(fù)荷載連續(xù)作用下自身及組合而成的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的損傷積累，在損傷積累至一定程度后就會(huì)造成破壞，而且這種損傷往往包含多個(gè)方面，如強(qiáng)度與剛度?？梢?，當(dāng)荷載作用次數(shù)不斷增加時(shí)，材料及其組成的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的疲勞將明顯加重。對瀝青混合料而言，其疲勞性能是指混合料受重復(fù)荷載持續(xù)作用后抵抗損傷產(chǎn)生及不斷積累的能力。

對于一般瀝青混合料，其疲勞性能絕大部分由瀝青提供，但基質(zhì)瀝青自身性能會(huì)受到環(huán)境因素的直接影響，導(dǎo)致其疲勞性能一直相對較差。而在瀝青混合料中適量摻加聚酯纖維材料后，瀝青會(huì)與聚酯纖維發(fā)生一系列作用，形成一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對瀝青中含有的輕質(zhì)油分等具有一定活性的物質(zhì)進(jìn)行吸收，以在提高性能的同時(shí)防止受到環(huán)境條件及其變化的影響，并且摻加適量聚酯纖維材料后還能增大混合料勁度模量，當(dāng)應(yīng)力水平完全相同時(shí)，摻加聚酯纖維材料的混合料產(chǎn)生的變形撓度較小，在達(dá)到極限變形狀態(tài)時(shí)，需要的荷載循環(huán)次數(shù)較多，使摻加聚酯纖維材料的混合料有更強(qiáng)的變形能力，即只有在更大的變形情況下才能使結(jié)構(gòu)被破壞?？梢姡跒r青混合料中摻加適量的聚酯纖維材料，能起到延長混合料整體疲勞壽命的作用，最終使路面壽命得以延長，從本質(zhì)上解決一般混合料路面容易產(chǎn)生早期損壞、使用壽命相對較短的問題，還能滿足防滲水方面的要求[2]。

4 聚酯纖維改性瀝青路面施工工藝與控制

采用聚酯纖維材料的改性瀝青路面，其施工工藝和采用普通混合料的路面基本相同，都包含混合料拌和、混合料運(yùn)輸、混合料攤鋪、混合料碾壓與質(zhì)量抽檢環(huán)節(jié)，但在施工控制方面有所不同，采用聚酯纖維材料的改性瀝青路面施工更加嚴(yán)格，具體包含以下幾個(gè)方面：

（1）在混合料拌和過程中，為確保集料和聚酯纖維穩(wěn)定劑之間達(dá)到均勻混合，實(shí)際的干拌持續(xù)時(shí)間需要比濕拌略長，延長多少干拌的時(shí)間主要與所用拌和機(jī)的構(gòu)造及拌和模式有關(guān)，同時(shí)還會(huì)受到所用聚酯纖維材料的類型及數(shù)量等因素的影響。在實(shí)際操作中，需采用下列措施做好過程控制：在添加礦料的過程中借助機(jī)械設(shè)備或人力對纖維材料進(jìn)行添加，然后再加入瀝青。相較于普通混合料，在摻加適量聚酯纖維材料后，因聚酯纖維對瀝青有一定吸附作用，使混合料實(shí)際油石比得到一定程度的增加，并且摻加纖維材料后還會(huì)使混合料拌和變得困難，因此在混合料拌和期間應(yīng)提高不同環(huán)節(jié)的溫度，升溫范圍一般按照5～10℃的范圍控制，并在必要的情況下適當(dāng)延長拌和持續(xù)時(shí)間，在沒有特殊要求的情況下，干拌持續(xù)時(shí)間需延長5～10s，而濕拌持續(xù)時(shí)間需延長5～15s，以此保證混合料內(nèi)聚酯纖維材料的分布達(dá)到均勻。以某高速公路工程標(biāo)段為例，其采用聚酯纖維材料的瀝青路面在施工中將干拌時(shí)間確定為10s，將濕拌時(shí)間確定為35s，結(jié)果表明，達(dá)到了良好的時(shí)間，其干拌與濕拌的持續(xù)時(shí)間較之前均延長了5s[3]。

（2）在混合料的攤鋪及碾壓期間，因聚酯纖維材料相對密度小于礦料，并且在加入混合料之后需占據(jù)一定空間，加之聚酯纖維材料存在彈性，因此當(dāng)壓實(shí)功完全相同時(shí)，添加聚酯纖維材料的混合料，其達(dá)到密實(shí)的過程往往比普通混合料略緩[4]?；诖耍┕ぶ袘?yīng)適當(dāng)提高壓實(shí)功與碾壓時(shí)的溫度，以保證混合料達(dá)到密實(shí)。在碾壓施工中，摻加聚酯纖維材料的混合料，其碾壓遍數(shù)應(yīng)比普通混合料多1～2遍，并且務(wù)必做到緊跟前方攤鋪和高頻低幅，碾壓速度不能太快，通過增加壓實(shí)功與防止混合料溫度快速下降，使碾壓完成的混合料達(dá)到預(yù)期效果。而在混合料的攤鋪期間，應(yīng)對松鋪系數(shù)調(diào)整及控制引起足夠的重視，并做好壓實(shí)組合。攤鋪施工中，找平方式主要有移動(dòng)式懸浮梁自動(dòng)找平與非接觸式平衡梁找平兩種，具體結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際狀況選擇，并要求攤鋪速度恒定于2m/min，確保攤鋪得以連續(xù)進(jìn)行。

以某高速公路標(biāo)段為例，按照以往施工積累的經(jīng)驗(yàn)，將松鋪系數(shù)確定為1.2，將初壓過程中的振動(dòng)和振搗強(qiáng)度均確定為4.5 級，實(shí)踐表明可達(dá)到良好效果，可供其他路段參考借鑒。此外，由于摻加聚酯纖維材料的混合料稠度較大，在碾壓時(shí)可能產(chǎn)生混合料黏輪的情況，如果未加處理或控制，將嚴(yán)重影響碾壓完成后路面的平整度與密實(shí)度，因此，針對這種現(xiàn)象應(yīng)通過在壓路機(jī)輪上進(jìn)行適當(dāng)噴水來解決，但施工中要對噴水量予以嚴(yán)格控制，防止噴水過多造成路面積水，給碾壓和路面強(qiáng)度形成造成不利影響；當(dāng)采用輪胎壓路機(jī)時(shí)，注意不可采用灑水的措施，應(yīng)在輪胎表面均勻涂刷一層隔離劑。

（3）由于在混合料中摻加聚酯纖維后會(huì)使混合料有很高的彈性，與常規(guī)混合料相比更難控制，表現(xiàn)為滲水系數(shù)與構(gòu)造深度出現(xiàn)矛盾，即如要保證路面的滲水系數(shù)，則會(huì)使構(gòu)造深度相對較小，而為了保證路面的構(gòu)造深度，則可能產(chǎn)生嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象。另外，因聚酯纖維中還存在一定空隙，因此滲水試驗(yàn)時(shí)可能出現(xiàn)毛細(xì)孔側(cè)滲，對此，按照以往經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場實(shí)際狀況，建議將路面的空隙率控制在2%～5%范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

綜上所述，聚酯纖維可作為一種理想的增強(qiáng)材料在瀝青混凝土路面施工中使用，通過聚酯纖維材料適量摻加，能提高瀝青混合料很多性能，同時(shí)也增加了施工難度，需在施工中做好質(zhì)量控制，以達(dá)到預(yù)期的效果，本次通過以上分析和論述，得出下列結(jié)論：

（1）以聚酯纖維材料自身特點(diǎn)為依據(jù)，并結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果對聚酯纖維材料的性能進(jìn)行評價(jià)，對聚酯纖維材料的質(zhì)量、摻加纖維材料混合料性能發(fā)生的變化與影響進(jìn)行綜合考量，保證聚酯纖維材料的摻加可以達(dá)到預(yù)期效果，同時(shí)注意所用聚酯纖維材料的質(zhì)量，避免在施工中使用質(zhì)量不合格的材料，造成不必要的質(zhì)量問題及資源浪費(fèi)。

（2）相較于普通瀝青混合料，摻加適量聚酯纖維材料的混合料，在混合料的拌和時(shí)間、溫度及碾壓方面存在很大差別。在混合料中適量摻加聚酯纖維材料后，干拌持續(xù)時(shí)間需要比普通混合料延長5～10s，濕拌持續(xù)時(shí)間需要比普通混合料延長5～15s，同時(shí)每個(gè)環(huán)節(jié)的施工溫度也要比普通混合料提高5～15℃，保證拌和完成后聚酯纖維材料能在混合料中均勻分布。

（3）摻加適量聚酯纖維材料的混合料，其碾壓難度相對較大。為保證瀝青路面的壓實(shí)度，并避免路面產(chǎn)生滲水的現(xiàn)象，需在普通混合料壓實(shí)遍數(shù)要求基礎(chǔ)上額外增加1～2 遍，并嚴(yán)格按照普通混合料施工要求做好溫度控制，如初壓時(shí)混合料的溫度不能低于155℃，則碾壓完成時(shí)混合料的溫度不能低于110℃。