沥青混凝土应用聚丙烯腈纤维的分析

卞国龙

（安徽路桥集团交通工程有限责任公司，安徽合肥 230031）

沥青混凝土应用聚丙烯腈纤维的分析

卞国龙

（安徽路桥集团交通工程有限责任公司，安徽合肥 230031）

聚丙烯腈纤维作为一种良好的沥青混合料添加材料，能够大大改善沥青路面的粘结力、高温稳定性、疲劳耐久性，具有防止反射裂缝和低温防裂的性能。能够较好地改善沥青混合料的路用性能，该材料在沥青混凝土中作用巨大，已经被工程界所认识和应用。

道路工程；聚丙烯腈纤维；沥青混凝土；应用

0 前言

目前在改善沥青混合料的路用性能上，国内出现的主要研究方向：一是通过改善沥青性能品质来提高沥青混合料的粘结力，增强抵抗永久变形能力，并减少感温性；二是通过改善矿质混合料的级配来提高沥青混合料的高温抗变形能力；三是在沥青混合料中加入纤维加筋材料等添加剂，以改善沥青胶体的结构。采用改性沥青路面，并在沥青混合料中添加纤维稳定剂来改善沥青混合料的使用品质已经成为一种发展趋势。沥青路面专用聚丙烯腈纤维的加入可以大大改善沥青路面的粘结力、高温稳定性、疲劳耐久性，具有防止反射裂缝和低温防裂的性能，有效地提高抗拉、抗剪、抗压及抗冲击强度，同时纤维经过了抗老化和表面处理，纤维均匀分布在沥青混凝土中，与沥青混凝土连接紧密，起到很好的加筋作用［1］29－32。正是由于聚丙烯腈纤维具有以上的优良品质，已经在沥青路面的施工中得到越来越广泛的应用。

1 聚丙烯腈纤维的改性机理分析

沥青中酸性树脂组分是一种表面活性物质，它在纤维表面产生的物理浸润、吸附甚至化学键作用，使沥青呈单分子状态排列在纤维表面［2］185－209。形成结合力牢固的“结构沥青”薄膜，它比薄膜以外的自由沥青粘性大，耐热性好。由于纤维直径极细，纤维及其周围结构沥青一同裹在集料表面，使沥青膜厚度及性质都发生变化。纤维的“加筋”作用使沥青混合料可以使用稠度较低的沥青。这样有利于减少低温裂缝的出现［3］。

纤维对材料裂纹生长的阻滞作用。加入纤维后，纤维均匀分布在沥青中，在缝隙和裂纹混合，形成了“桥架纤维”，裂纹扩展的能量释放率减少，认为就是裂纹扩展受到短纤维的约束限制。由于受到纤维的咬合效应，对沥青基体裂纹扩展起到阻滞作用，大大提高沥青混凝土的裂缝自愈能力，大幅度延缓老化时间的损害，提高弹性恢复，减缓车辙的加深速度。

2 聚丙烯腈纤维的室内试验

2.1 聚丙烯腈纤维的技术指标

在某高速公路TZ合同段，针对全线400m以上的大桥，设计上对沥青面层桥面铺张全部添加0.3%的聚丙烯腈纤维。聚丙烯腈纤维采用XY－D2高强聚丙烯腈纤维，该材料技术指标见表1。

表1 XY－D2高强聚丙烯腈纤维技术指标

选用的聚丙烯腈纤维材料，必须满足断裂延伸率和高温性能指标。因为沥青混凝土中的加强纤维须承受大幅度温差和荷载冲击引起的拉伸力，因此要求加强纤维具有较高的抗拉强度外，还必须具有适宜的断裂延伸率协同沥青混凝土的变形，避免纤维过早断裂，失去加强筋的作用。纤维的高温性能指标要求在沥青混合料150℃至180℃的情况下，聚丙烯腈纤维的熔点温度必须满足拌和、摊铺的温度要求。对于中面层，试验采用AC－20C级配，石灰岩石料，壳牌SBS改性沥青；对于上面层，试验采用AC－13C级配，玄武岩石料，壳牌SBS改性沥青。上述的试验数据表明：掺加0.3%的聚丙烯腈纤维后，混合料的劈裂强度提高了17.6%至19%；低温小梁弯曲试验的抗弯拉强度提高了18.8%，与劈裂强度的试验结果十分吻合；动稳定度提高了21.1%至25.1%；而对于马氏稳定度和浸水马氏稳定度都有10%至20%的提高；对于残留稳定度有3%左右的提高［4］。

3 施工方法

加聚丙烯腈纤维沥青混凝土的施工方法与传统沥青混凝土的施工工艺和方法基本相同，但也存在少许区别。

3.1 添加聚丙烯腈纤维沥青混凝土的拌和要求

（1）通过每盘热料仓的配合比，计算出每盘混合料的质量，按照目标配合比确定的纤维用量计算每盘混合料中须投放的纤维重量，再按此重量对进场的纤维进行分装，包装袋采用常见的聚乙烯塑料袋［5］81－82；

（2）确定适宜的拌和时间。对于普通的沥青混凝土，间歇式拌合设备每盘的拌和时间为30秒至60秒，加入纤维后，会使拌和时间延长10秒至15秒，其中干拌时间为25秒，湿拌时间为30秒。以混合料拌和均匀，纤维和沥青混合料裹覆良好为准；

（3）确定适宜的拌和温度和出厂温度。按照沥青路面施工技术规范要求进行控制，纤维的掺加量不需进行温度调整。

3.2 压实

初压采用11t宝马压路机静压1遍，接着采用13t的宝马压路机振动碾压、13t的CAT压路机振动碾压和XP261胶轮压路机各压2遍，最后用DD110静压2遍。由于加入纤维后沥青混合料粘稠度增大，应比压实普通沥青混合料多压2遍，或者提高摊铺和碾压温度，压路机紧跟摊铺机作业，避免温度下降过多，影响压实效果［6］35－36。通过取芯做压实度试验，压实度代表值在98.5%左右，完全能满足施工技术规范和评定标准的要求。

4 结语

通过添加0.3%聚丙烯腈纤维，沥青混合料的各项性能得到提高。改善了沥青混合料的路用性能，延长了路面的使用寿命。从动稳定度的结果可以看出，动稳定度的大幅提高表明加入纤维后，混合料的高温抗车辙能力可以得到明显的改善；从劈裂试验和低温小梁弯曲试验可以看出，劈裂强度和抗弯拉强度的大幅度提高表明混合料的低温抗裂性能得到增强；而残留稳定度的提高表明混合料的水稳定性得到改善，抗水损害能力增强。从施工过程看，添加聚丙烯腈纤维后，由于纤维的吸油性要适当增大油石比0.1%至0.3%，具体以试验数据为准；要适当延长沥青混合料的拌和时间。沥青混合料的摊铺、碾压工艺不会因添加聚丙烯腈纤维而增加难度，施工质量的控制与未添加聚丙烯腈纤维一致。

［1］争奇，胡长顺.纤维加强沥青混凝土几个问题的研究和探讨［J］.西安公路交通大学学报，2001，21（1）.

［2］中林等.高等级公路沥青混凝土路面新技术［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［3］JTG F40－2004.公路沥青路面施工技术规范［S］.

［4］JTG F80／1－2004.公路工程质量检验评定标准［S］.

［5］曲旭光，史保华，彭洪波.聚丙烯腈纤维混凝土性能试验研究［J］.混凝土，2009（4）.

［6］宋乔.聚丙烯腈纤维混凝土的性能及应用前景［J］.河南建材，2010（1）.

U416.217

A

1671-8275（2011）03-0020-01

2011-02-22

卞国龙（1976-），男，安徽合肥人，安徽路桥集团交通工程有限责任公司助理工程师。研究方向：工程技术。

文 月