聚酯纤维对沥青混凝土性能的影响及施工

冉红平

(岢临高速公路建设管理处，山西临县 033200)

近年来，我国经济飞速发展，公路建设和城市道路建设方兴未艾。路面行车更安全、更舒适以及更耐久，是人们对路面质量提出的新要求。沥青路面是我国最主要的路面结构形式之一，在我国得到了广泛应用。沥青路面具有路面平整、行车舒适度高、噪声低等特点，在我国的高等级公路中占90%左右。然而，由于我国经济快速发展，汽车保有量迅猛增长，公路交通量大幅增加，另外随着汽车轴重的增加，交通渠化等各种原因，我国沥青混凝土路面的早期损坏十分严重。在我国，很多还不到年限的沥青路面出现了诸如车辙、开裂、坑槽等病害。这使得我国沥青路面使用寿命大大缩短、服务水平急剧下降。如何能够有效的提高混凝土抗裂能力、改善抗疲劳性能等路用性能，是需要解决的一个难题。

研究发现，纤维作为一种高强、耐久、质轻的增强材料，能极大的提高沥青路面的力学性能，并延长路面使用寿命。按照国外的经验，在沥青混凝土中加入聚酯纤维，相比传统混凝土，具有更优的机械性能和耐化学性，可极大的改善沥青路面的高温稳定性及疲劳耐久性，克服沥青面层早期病害，有效解决车辙、裂缝、路面推移等多种路面“顽疾”，大大延长路面使用寿命，具有良好的社会效益及经济效益。

1 聚酯纤维的性能

聚酯纤维，英文:polyester fibre，是由有机二元酸和二元醇缩聚成的聚酯经纺丝后所获得的一种合成纤维(见图1)。

图1 聚酯纤维的生产流程

聚酯纤维具有良好的工程应用性能。聚酯纤维的抗拉强度不小于520 MPa，具有极强的抗拉性;熔点不小于255℃，燃点不小于556℃，具有极强的耐高温性;在温度－40℃ ～255℃的范围内，不会产生收缩变形或失去强度;纤丝长度6.35 mm左右，具有良好的柔韧性，不会产生卷曲，工程中利于搅拌。

在沥青混凝土中加入聚酯纤维，应用其强度高、耐腐蚀、耐高温、沥青握裹力强等优势，可有效提高沥青混合料的力学性能。在聚酯纤维沥青混凝土内部，数量巨大的纤维单丝起到加筋和桥接作用，可有效的克服沥青面层早期病害，大大的延长路面使用寿命。

聚酯纤维沥青混凝土具有广泛的应用范围。可用于新旧沥青混凝土路面罩面、桥面铺设沥青混凝土磨耗层及气膜层、旧沥青路面和旧水泥路面的薄层沥青混凝土罩面、机场跑道与停机坪的加强、路面补强和修复、路沿加强等工程应用中。

2 聚酯纤维的作用原理

聚酯纤维作为一种改善沥青路面性能和延长路面使用寿命的新材料，能够牢牢控制沥青混凝土的微观裂纹，大大改善沥青路面的路用性能。据宾夕法尼亚州州立大学的研究和在公路中的实践，较普通混合料，可以将疲劳寿命提高25% ～45%，车辙量减少45%～53%。

2.1 早期路面破坏形式

在早期的路面破坏中，裂缝、车辙及搓板路是主要的病害形式。

裂缝主要包括荷载裂缝和温缩裂缝(见图2)。

图2 裂缝成因示意图

1)荷载裂缝。路面车辆行驶时，在荷载作用下，半刚性基层的底部就会产生拉应力。当半刚性基层的强度不足以抵抗拉应力时，在基层底部就会产生裂缝。随着行车载荷的反复作用，路基底部的裂缝就会逐渐扩展到路面表面，从而形成路面裂缝。

2)温缩裂缝。沥青混凝土刚度大，容易产生温缩裂缝。当气温降低时，沥青产生收缩变形，形成收缩拉应力。当沥青混凝土的抗拉强度不足以抵抗收缩拉应力时，就会在路面形成裂缝，其中横向裂缝居多。

路面车辙病害(见图3)，主要是由于沥青混合料的粘滞流动导致的。当气温较高时，沥青路面在行车载荷的反复作用下，就会产生横向剪切变形，形成剪应力。当沥青路面的强度不足以抵抗载荷产生的剪应力时，特别是重载车辆频繁通过时，就会在路面形成车辙。

搓板路面，主要是由于沥青混合料的热稳定性不足导致的。当沥青混凝土路面的热稳定性不足时，在行车载荷的反复作用下，就会在沿着车轮前进的方向形成推移波浪，俗称搓板路。

普通的沥青路面，路面易损坏、易泛油、冬天易开裂、多雨地区易剥落，既影响了道路的顺利畅通，又耗费了大量人力物力，严重制约着我国公路事业的发展。

图3 车辙成因示意图

2.2 聚酯纤维的作用机理

将聚酯纤维掺入普通的沥青混合料中，能够改善沥青路面的高温稳定性、疲劳耐久性，并具有低温抗开裂和防止反射裂缝出现的效果。

聚酯纤维在混凝土中的作用:

1)增强承受拉应力。聚酯纤维具有较好的高温稳定性与断裂延伸率。在－40℃ ～250℃的温度范围内，不脆化、不软化、不变形，通过与骨料的咬合作用，形成较大的摩擦角。利用与沥青握裹力强的优势，通过粘结料的粘聚，可将路基产生的拉应力有效的传递给纤维，并主要由纤维来承担，从而使得路面上的行车载荷对路基的作用实现及时分散。

2)提高集料之间的粘结力。每根聚酯纤维两端具有明显的凸起，似“触角”状，利于纤维在沥青中形成很强的桥接和加筋作用;纤维在混合料中以三维分散存在，沥青呈单分子状排列在纤维表面，形成结合牢固的结构沥青薄膜，使得沥青在纤维表面产生物理浸润、吸附、扩散及键合作用，增加沥青与矿料的粘附性，增强加强筋效果。

3)提高沥青的稳定性。在聚酯纤维沥青混凝土内部，纤维的三维分散排列大大增加了混合料的总比表面积，沥青吸附在纤维表面，使沥青膜处于稳定状态。在夏天高温季节，纤维阻碍了沥青的软化，使沥青变稠，不至于成为自由沥青而泛油。

以在每吨沥青混合料中掺入2.25 kg的聚酯纤维为例，在形成的沥青混合料中，有18亿根以上的聚酯纤维在沥青基体内呈三向随机分布，所形成的三维立体纤维骨架结构网，可有效的增加结构沥青比例，减薄自由沥青膜，提高沥青胶浆的粘结性能，有效抑制沥青混凝土的开裂、车辙等早期病害，大幅提高沥青路面的耐久性，延长路面使用寿命。

3 聚酯纤维沥青混凝土的施工工艺

使用掺加聚酯纤维的沥青混凝土路面，外观与普通沥青混凝土路面基本相同，但路面的耐久性能得到了极大提升。

3.1 纤维混凝土与传统混凝土施工的不同

掺加聚酯纤维的沥青混凝土路面的施工与传统沥青混凝土路面的施工基本相同，但在施工中也存在区别。本文对这两种路面的施工不同点进行介绍:

1)增加纤维添加设备。在掺加聚酯纤维的沥青混凝土路面施工中，与传统的沥青混凝土的施工设备相比，须增加专用的纤维添加设备。在纤维沥青混凝土中，纤维在混合料中所占的比重很小，但纤维掺加量的准确是确保施工质量的一个重要因素。在施工中，纤维掺加量的不均匀会导致混合料用油量的波动。因此，为确保施工质量，对纤维掺加设备的精度自动化要求就很高，尽量采用具有自动计量和控制功能的添加设备。

2)拌和。施工工艺与不添加纤维时基本相同，只是由于纤维的加入，需要延长干拌、湿拌时间。将纤维与集料同时加入搅拌机，先干拌25 s～30 s，以确保纤维与集料拌合均匀;再湿拌30 s，以实现纤维和沥青混合料的良好裹覆。

3.2 纤维沥青混凝土施工中的注意事项

1)施工各工序合理的时间安排。在聚酯纤维沥青混凝土的施工中，拌合时间延长，使得拌和设备的生产能力下降20% ～30%，如拌合能力不进行调整，则会使得施工周期延长。因此，在进行施工计划编制时，必须综合考虑拌合设备、拌合能力以及基层施工等多种因素，合理统筹考虑时间安排。可通过增加拌和设备、提高拌和能力或加快基层施工等方式，确保沥青面层具有充分合理的施工时间。

2)根据目标配合比确定纤维用量，必须确保称量的准确性。纤维掺加量是影响混合料质量的一个重要方面。可根据生产中每盘混合料应使用纤维的量进行分装，使用时无须打开包装，直接按比例加入，方便安全。

3)确定混合料适宜的拌和及出厂温度。在纤维沥青混合料的施工中，温度控制是特别重要的一个环节，是影响施工质量的一个重要因素。在施工中，混合料的出厂温度控制在130℃ ～160℃为宜;当使用改性沥青时，应再将出厂温度提高10℃ ～15℃为宜，但是纤维的掺加不必进行温度调整。

4)碾压。在沥青混合料中掺加聚酯纤维后，混合料的粘稠度增大。因此，在碾压时，可在普通沥青混合料碾压遍数的基础上再增加1遍～2遍，确保压实效果达到设计要求。在施工中，也可以提高摊铺和碾压温度，由压路机紧随摊铺机之后立刻进行碾压作业，避免温度下降过多，降低压实效果。

4 结语

将聚酯纤维掺入沥青混合料中，由于聚酯纤维具有良好的吸附、稳定及加筋效果，大幅的提高了沥青路面的高温稳定及低温抗裂等性能，对于提高路面的抗车辙及疲劳耐久性，延长路面使用寿命具有重要意义。在国外，纤维沥青混凝土路面得到了成熟的应用。在我国，从20世纪90年代开始也逐步使用，由于该路面具有良好的路用性能，应用前景广阔，应用范围也将越来越广泛。

［1］百度文库——加聚酯纤维沥青混凝土的施工方法，http：//wenku.baidu.com/view/0a561163caaedd3383c4d3d7.html，2014-02-22.

［2］沥青混凝土内掺加“聚脂纤维”在华北油田会战道工程中的应用，http：//www.c－ bm.com/price/shownews.aspx?pnt=2＆id=1121343，2014-02-22.

［3］郑儒海，王延伟，张登锋，等.纤维增强沥青混凝土高温性能研究［J］.国外建材科技，2006(7)：39-41.