纤维沥青混凝土性能的试验研究*

陈晋华

(福建船政交通职业学院，福建 福州 350007)

随着交通量的快速增长、轴载的加重及人们生活水平的日益提高，对道路使用质量和服务寿命的要求越来越高.传统材料难以满足使用需求，人们越来越多在沥青路面中应用新型材料.欧美一些国家于20世纪七八十年代就开展新型纤维增强材料在道路上应用的研究，做了大量的工作，取得了很好的应用效果［1］.我国早期在沥青混合料中通常使用木质素纤维稳定剂，但在应用过程中发现木质素纤维太短且脆，在沥青混合料中不能充分发挥增韧作用.目前我国使用的化学纤维主要包括聚脂纤维、聚丙烯腈纤维等.本文对Bonifibers及Dolanit AS两种典型纤维与不掺纤维的AK一13进行马歇尔试验、高温车辙试验、飞散试验、残留稳定度试验、小梁低温弯曲试验，对比分析纤维对沥青混合料的加强作用及改善效果.

1 试验材料

1.1 沥青

采用5%SBS改性壳牌70#沥青，其性能指标如表1所示.

表1 沥青性能指标

1.2 纤维

我国目前使用的聚合物纤维主要有2种，分别是美国博尼维(Bonifibers)和德国德兰尼特(Dolanit AS)，其技术指标如表2所示.

表2 纤维技术指标

2 路用性能试验

试验所选纤维统一为混合料重量的2.25‰，所选混合料级配为AK一13级配中值.

2.1 马歇尔试验

根据马歇尔试验结果并结合实际经验综合确定未掺纤维、掺Dolanit AS纤维及掺Bonifibers纤维混合料的最佳油石比分别为 5.2、5.4、5.3，由此可见，掺入增强纤维提高了沥青用量.

2.2 沥青混合料车辙试验

按未掺纤维、掺Dolanit AS纤维及掺Bonifibers纤维混合料最佳油石比分别制作混合料试件，在标准试验条件下，以60℃作为车辙试验标准温度，加载水平为0.7MP，通过1h持续试验，记录荷载－变形曲线，以试件在变形稳定时期，每增加1mm变形需要行走的次数(即动稳定度，次/mm)来评价混合料的高温稳定性，其试验结果如表3所示.

表3 车辙试验结果

从表3结果可以看出，掺Dolanit AS纤维及掺Bonifibers纤维混合料的动稳定度明显高于未掺纤维混合料的动稳定度，其提高幅度达45% －55%不等;从车辙试验的总变形率来看，掺Dolanit AS纤维及掺Bonifibers纤维混合料的总变形值也都较小，其变化规律与动稳定度相一致，由此看出掺加Dolanit AS及Bonifibers纤维的沥青混合料可用于重载、高温地区.

2.3 低温小梁弯曲试验

随着温度降低，沥青混合料强度和劲度得到提高，而变形能力却下降，并出现脆性破坏.低温小梁弯曲主要用于评价沥青混合料的低温抗裂性能，试验按未掺纤维、掺Dolanit AS纤维及掺Bonifibers纤维混合料用最佳油石比分别按车辙试验成型试件，再用切割机切割成30mmx35mmx250mm的条形试件，在弯曲试验仪上以试验温度为－l0℃，加载速率为50mm/min的试验条件进行试验，试验结果如表4所示［2］.

表4 小梁低温弯曲试验结果

由表4小梁弯曲试验结果可以看出，纤维沥青混合料在低温环境下所能承受的强度与应变都明显提高，其提高幅度分别达15%－30%与10%左右.从试件的断裂面上也可以明显看出，未加纤维的混合料试件在荷载达到最大值时直接断为两节;而掺入纤维后，试件可保持开裂而不断，表明试件呈现一定的韧性破坏，吸收了更大的能量.

2.4 残留稳定度试验

根据马歇尔试验所确定的最佳油石比，按未掺纤维、掺Dolanit AS纤维及掺Bonifibers纤维混合料分别成型马歇尔试件，按照试验规程的要求在60℃水中浸泡48h的实验条件下测定其稳定度，试验结果见表5.

表5 残留稳定度试验结果

从表5的试验结果可以看出，加入纤维后残留稳定度均有所提高，提高幅度达10%左右，由此可见，加入纤维后沥青混合料的水稳定性得到提高.

2.5 沥青混合料飞散试验

混合料飞散试验按未掺纤维、掺Dolanit AS纤维及掺Bonifibers纤维混合料分别成型马歇尔试件，在20℃恒温水槽中养生20小时，放入洛杉矶试验机中，以30r/min～33r/min的速度旋转300转，计算沥青混合料散落材料的质量百分率，用以评价纤维对于沥青混合料结构的加强作用及抗松散能力.试验结果如表6所示.

表6 飞散试验结果

从表6中的飞散试验结果可以看出，纤维的加入大幅度降低混合料的飞散质量损失，其降低幅度可达60%－85%不等.掺加纤维混合料抗飞散性能的大幅提高，表明混合料粘结力也得到大幅提高，从而提高沥青混合料抵抗各种外界荷载的作用.

3 结果分析

从上面的试验结果可以看出，在沥青混合料中掺入增强纤维，可改善沥青混合料高温性能、低温性能及水稳定性，大大减少飞散质量损失，提高抗飞散性能［3］.纤维对沥青混合料性能的改善作用主要表现在以下方面:

3.1 纤维的吸附作用

BoniFibers纤维与Dolanit AS纤维的直径分别为20um和13um，分散在沥青中，由于比表面积很大，每克纤维提供的表面积可多达数平方米，这些纤维与沥青粘结形成牢固的结构沥青层，粘结性增强.同时由于沥青用量的增加，使得裹覆在集料表面的沥青膜厚度增大，即可减缓沥青膜的老化速度，还可增强沥青与集料结合面的抗剥落能力，提高水稳定性［2］.

3.2 纤维的稳定作用

纤维的直径小、长度短，通过沥青对纤维包裹作用，增大了结构沥青层的厚度，减少了自由沥青，使混合料的粘滞性增强、软化点提高，从而使混合料的高温稳定性得到提高［4］.

3.3 纤维的加劲作用

增强纤维的强度大于500MPa，远高于沥青混合料强度，在混合料中掺入纤维后，由于纤维的直径小、长度短，加入少量纤维即可形成巨大的结构网，阻止沥青混合料的开裂，提高沥青路面抵抗裂纹能力，减少裂缝的出现［5］.小梁低温弯曲试验表明，掺Dolanit AS纤维与BoniFIbers纤维混合料的弯拉强度和弯拉应变均有不同程度的提高，具有较强的韧性，混合料裂而不断.

此外，飞散试验试验结果还表明，纤维的加入提高了沥青粘结力，增强了沥青对集料颗粒的粘附性，改善沥青的水稳定性，同时有助于提高路面抵抗外界各种荷载的作用.

4 结论

(1)加入纤维后，由于纤维的比表面积很大，沥青混凝土的沥青最佳用量会有所增加，增加范围在1%～2%之间.

(2)纤维加入后，沥青用量增加，沥青膜厚度增大，同时由于纤维粗度很细、强度远高于沥青混合料强度，数量巨大纤维丝在沥青混合料中呈纵横交错分布并具有加筋作用，使沥青混合料的高温稳定性、低温抗开裂性及水稳定性均得到提高.

(3)纤维的加入，还具有增韧作用，使得混合料的粘结性增大，能够增强沥青对集料颗粒的粘附性，改善沥青的水稳定性，使路面具有较强的整体性.由于Dolanit AS纤维具有较高的强度，且粗度更细，长径比大，因而增强效果更好，高温性能、低温性能的改善效果更好.

试验结果表明，在AK沥青混合料中掺入增强纤维后，可明显改善混合料的高温性能、低温性能及水稳定性且抗飞散能力也得到改善，因此在重交通路段及桥面等对混合料性能要求较高的路段，可考虑采用掺加增强纤维的方法改善混合料性能.

［1］张洁，任予峡.美国高新技术软纤维——路面加强筋的推广与发展［J］.山西交通科技，2001，(6):35 －37，42.

［2］张豪，王新，刘传国.聚酯纤维在沥青混凝土路面中的应用［J］.河北交通科技，2009，(2):4 －6，10.

［3］封基良.纤维沥青混合料增强机理及其性能研究［D］.南京:东南大学博士学位论文，2005.

［4］赵松，滕康宝.国产聚酯纤维混合料在市政沥青路面中的应用［J］.交通标准化，2008，(10):126 －130.

［5］吴涛.纤维增强沥青混凝土性能的试验比较［J］.工程建设与设计，2010，(6):117 －121.