不同聚酯纖維摻量下環(huán)氧瀝青混合料路用性能分析

摘要：為了提高普通環(huán)氧瀝青混合料在橋面鋪裝中的使用性能，文章通過在環(huán)氧瀝青混合料中摻入一定量的聚酯纖維，采用室內(nèi)試驗對不同聚酯纖維摻量下環(huán)氧瀝青混合料的路用性能進行了分析，并依托實際工程對其應用效果進行了驗證。研究表明：聚酯纖維的摻入可有效提升普通環(huán)氧瀝青混合料的各項路用性能，且隨著聚酯纖維摻量的增加，各項性能均呈先增后降的趨勢，均在聚酯纖維摻量為0.3%時達到最佳值；橋面鋪裝上面層采用0.3%聚酯纖維改性環(huán)氧瀝青混合料后，各項質量指標均很好地滿足規(guī)范要求，實際應用效果優(yōu)異；綜合室內(nèi)試驗與工程應用研究結果，推薦聚酯纖維的最佳摻量為0.3%。

關鍵詞：橋面鋪裝；環(huán)氧瀝青混合料；聚酯纖維；路用性能；工程應用

中文分類號：U416.03A220693

0引言

環(huán)氧瀝青的主要組成成分是石油瀝青、固化劑和環(huán)氧樹脂，其熱固性良好，物理及力學性能優(yōu)異，相比于普通瀝青路面，環(huán)氧瀝青路面在高溫穩(wěn)定性能、耐久性能、抗疲勞性能、低溫抗裂性能等方面表現(xiàn)突出，目前已廣泛應用于橋面鋪裝中［1-3］。盡管環(huán)氧瀝青路面性能較為優(yōu)異，但隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，重載交通量日益增多，超載現(xiàn)象頻發(fā)，加之我國地域廣闊，氣候環(huán)境復雜，使得橋面鋪裝層容易出現(xiàn)車轍、裂縫、坑槽等病害，嚴重限制了橋面鋪裝層的使用壽命［4-5］。近年來，國內(nèi)外學者為了提升環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝層的性能做了大量研究。宋承哲等［6］采用聚氨酯作為改性劑摻入環(huán)氧瀝青中，有效提升了環(huán)氧瀝青的韌性；王倩等［7］在環(huán)氧瀝青混合料中分別摻入一定量的聚酯纖維、木質素纖維和聚丙烯腈纖維，對比分析了以上三種纖維對混合料水穩(wěn)定性能的改善作用，研究得出聚丙烯腈纖維改善效果最優(yōu)的結論；顧曉燕等［8］研究了聚酯纖維對混合料低溫性能、抗疲勞性能的改善效果，得出聚酯纖維能夠有效提升混合料的低溫性能、抗疲勞性能的結論。總結以往研究發(fā)現(xiàn)：當前研究對不同纖維改性環(huán)氧瀝青混合料的綜合路用性能研究并不全面，對纖維的具體改善效果缺乏工程應用驗證。

本文為了提高普通環(huán)氧瀝青混合料在橋面鋪裝中的使用性能，在其中摻入一定量聚酯纖維，對不同聚酯纖維摻量下環(huán)氧瀝青混合料的路用性能進行了試驗分析，通過工程應用對其實際應用效果進行了驗證，有利于高性能環(huán)氧瀝青混合料的推廣與應用。

1試驗材料

1.1環(huán)氧瀝青

選用海德新材料公司生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂瀝青，其主要性能指標如表1所示。

1.2纖維

聚酯纖維（海德新材料公司生產(chǎn)）主要性能如表2所示。

1.3集料

集料與填料分別選用玄武巖碎石、石灰石粉末，其主要性能指標見表3。

2.2最佳油石比確定

聚酯纖維摻量取0.1%～0.4%（纖維質量占瀝青混合料總質量比值）。參照《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40-2004）推薦的方法，采用馬歇爾試驗確定最佳油石比（如表5所示）。由表5可知，纖維摻量越大，最佳油石比越大，這是因為纖維摻入后將吸附瀝青膠結料，提升了最佳油石比。

2.3試驗方案

參照相關規(guī)范［10］規(guī)定的試驗規(guī)程制備試件進行室內(nèi)試驗。試驗方案見表6。

3室內(nèi)試驗結果分析

3.1高溫穩(wěn)定性能

車轍試驗結果如圖1所示。

由圖1可知，相比于不摻聚酯纖維的試件，摻入0.1%～0.4%聚酯纖維后，試件的動穩(wěn)定度次數(shù)出現(xiàn)不同程度的提升，動穩(wěn)定度隨聚酯纖維摻量增加先增后減，在纖維摻量為0.3%時達到最大值。此時，相對于不摻聚酯纖維的試件，動穩(wěn)定度由6 758次·mm-1增加到9 737次·mm-1，動穩(wěn)定度增加了約44%，高溫穩(wěn)定性能顯著提升。這是因為適量的聚酯纖維在混合料中均勻分布，構建了三維網(wǎng)狀結構，充分發(fā)揮了聚酯纖維的加筋作用，增強了高溫抗變形能力。但是，當聚酯纖維摻量＞0.3%后，試件的動穩(wěn)定度迅速降低，動穩(wěn)定度在聚酯纖維摻量達到0.4%時降低至7 591次·mm-1，此時相比于不摻聚酯纖維的試件，動穩(wěn)定度增長效果并不明顯，這是因為過量的纖維會導致纖維分散不均勻甚至出現(xiàn)結團現(xiàn)象，不能充分發(fā)揮聚酯纖維的加筋作用甚至會影響高溫抗變形能力。

3.2低溫抗裂性能

低溫彎曲試驗結果如圖2所示。

由圖2可知，相比于不摻聚酯纖維的試件，摻入0.1%～0.4%聚酯纖維后，試件的彎拉破壞應變出現(xiàn)了不同程度的增長，表明聚酯纖維可有效提升試件的低溫抗裂性能。進一步分析可知，彎拉破壞應變隨聚酯纖維摻量增加先增后減，在纖維摻量為0.3%時達到最大值，此時相對于不摻聚酯纖維的試件，彎拉破壞應變由3 929 με增加到4 826 με，彎拉破壞應變增加了約23%。需要注意的是，彎拉破壞應變在聚酯纖維摻量＞0.3%后迅速降低。分析彎拉破壞應變先升后降的原因可知：適量的聚酯纖維在混合料中均勻分布，聚酯纖維形成的三維網(wǎng)狀結構對混合料起到了加筋作用，有利于應力分散，增強了混合料低溫抗裂性能。但是當聚酯纖維摻入過量后，會導致纖維分散不均勻甚至出現(xiàn)結團現(xiàn)象，不能充分發(fā)揮纖維的加筋作用甚至會影響低溫抗裂性能。

3.3水穩(wěn)定性能

浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗結果如圖3所示。

由圖3可知，凍融劈裂強度比與殘留穩(wěn)定度均隨聚酯纖維摻量的增加先增后減，二者均在纖維摻量為0.3%時達到最大值，此時相比于不摻聚酯纖維的試件，凍融劈裂強度比與殘留穩(wěn)定度分別增長了約12%與7%，表明聚酯纖維的摻入可有效提升試件的水穩(wěn)定性能。這是因為聚酯纖維具有較大的比表面積，混合料中的自由瀝青能夠被纖維吸附，增加了粗集料的瀝青膜厚度，使集料與瀝青膠漿之間的粘附性能得到增強。同時，纖維的加筋作用使混合料的整體性能進一步增強，抗水損毀性能由此提升。但需要注意的是，當聚酯纖維摻量＞0.3%后，試件的水穩(wěn)定性能出現(xiàn)顯著降低，這是因為當聚酯纖維摻入過量后，會導致纖維分散不均勻甚至出現(xiàn)結團現(xiàn)象，不能充分吸附自由瀝青，提升混合料的整體穩(wěn)定性，甚至會影響水穩(wěn)定性能。

3.4疲勞性能

采用應變控制模式，應變控制水平為600 με、800 με、1 000 με。試驗結果如圖4所示。

由圖4可知，三種不同應變水平下，隨著纖維摻量的增加，試件的疲勞壽命均呈現(xiàn)先增后降的趨勢。當聚酯纖維摻量為0.3%時，疲勞壽命均達到最大值，此時相比于不摻聚酯纖維的試件，600 με、800 με、1 000 με應變控制水平下疲勞壽命分別增長了約54%、65%、55%，說明聚酯纖維可以顯著改善試件的抗疲勞性能。這是因為適量的聚酯纖維在混合料中均勻分布，聚酯纖維形成的三維網(wǎng)狀結構對混合料起到了加筋作用，有利于應力分散，增強了混合料的抗疲勞性能。但需要注意的是，當聚酯纖維摻量＞0.3%后，試件的抗疲勞性能開始降低，這是因為聚酯纖維摻入過量后，會導致纖維分散不均勻甚至出現(xiàn)結團現(xiàn)象，不能充分發(fā)揮纖維的加筋作用。

4工程應用

4.1工程概況

某新建預應力混凝土連續(xù)箱梁橋跨徑布置為25 m+25 m+25 m+25 m，橋面全寬18 m（行車道15 m，兩邊設置1.5 m寬人行道）?；谠摴こ啼佒?00 m聚酯纖維改性環(huán)氧瀝青路面試驗段，試驗段行車道橋面鋪裝結構如圖5所示。上面層中聚酯纖維最佳摻量為0.3%，施工現(xiàn)場上面層所用材料、配合比設計同室內(nèi)試驗。

4.2質量檢測與評價

試驗路段橋面完成鋪裝后對其各項質量指標進行了檢測，結果如表7所示。

由表7可知，橋面鋪裝上面層采用0.3%聚酯纖維改性環(huán)氧瀝青混合料后，各項質量指標均很好地滿足了規(guī)范要求，實際應用效果優(yōu)異。

5結語

本文對不同聚酯纖維摻量下環(huán)氧瀝青混合料的路用性能進行了試驗分析，通過工程應用對其實際應用效果進行了驗證，得到以下主要結論：

（1）聚酯纖維的摻入可有效提升普通環(huán)氧瀝青混合料的高低溫、水穩(wěn)定及抗疲勞性能，以上各項性能均隨著纖維摻量增加先增后降，各項性能均在纖維摻量為0.3%時達到最大值。

（2）橋面鋪裝上面層采用0.3%聚酯纖維改性環(huán)氧瀝青混合料后，各項質量指標均很好地滿足了規(guī)范要求，實際應用效果優(yōu)異。

（3）綜合室內(nèi)試驗與工程應用研究結果，推薦聚酯纖維的最佳摻量為0.3%，可取得最佳路用性能與應用效果。

參考文獻：

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［8］顧曉燕，高劍飛，李惠翔.聚酯纖維用于環(huán)氧樹脂瀝青混合料增柔及增韌技術研究［J］.中外公路，2022，42（3）：247-250.

［9］JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規(guī)范［S］.

［10］JTG E20-2011，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［S］.

作者簡介：張衛(wèi)華（1974—），高級工程師，主要從事公路建設管理工作。