聚酯纤维对混凝土性能影响的机理分析及应用

徐 文 瑞

(山西省公路局晋中分局，山西 晋中 030600)

聚酯纤维对混凝土性能影响的机理分析及应用

徐 文 瑞

(山西省公路局晋中分局，山西 晋中 030600)

阐述了聚酯纤维添加在沥青混凝土中的作用，分析了聚酯纤维对混凝土的性能影响作用，通过研究聚酯纤维混凝土在实践工程中的应用效果，指出其可提高路面的整体性、稳定性、安全性、耐久性，应用前景广阔。

聚酯纤维，混凝土，作用，机理，应用

在我国公路路面中，沥青混凝土路面是重要的路面形式之一，占公路总里程的90%左右。近年来，随着交通量的激增，车辆载重技术的发展，渠化交通等各种原因的影响，我国很多新铺筑的刚通车不久的沥青路面出现了严重的破损现象，出现了车辙、开裂、坑槽等病害，使得路面寿命缩短，服务水平下降。

经过国内外公路建设者对沥青路面结构的研究，提出了多碎石沥青混凝土(SAC)路面、沥青玛脂碎石(SMA)路面、长寿命路面等多种新型路面结构，以期能满足高等级公路良好的路面性能需求。在施工中，上述路面对原材料选择要求高、需要特殊配比设计，以及极为苛刻的施工工艺及操作控制，使得工程成本居高不下，这些都限制了上述新型路面的应用及发展。

聚酯纤维的亲油、亲水性能较好，与沥青混凝土的裹附性能优越。大量的研究实践表明：在沥青混凝土中，掺加使用聚酯纤维作为添加剂，能够大幅提高沥青混凝土的使用性能。在铺筑沥青混凝土路面时，使用聚酯纤维沥青混凝土，对提高路面的高温稳定性、低温抗裂性及抗疲劳性能以及改善沥青路面的水稳定性，抗剥落性及耐久性具有重要作用，同时，有效抵抗反射裂缝的产生。聚酯纤维混凝土路面能有效提高路面质量，延长其使用寿命，得到了国内外的极大关注。

1 聚酯纤维添加在沥青混凝土中的作用

聚酯纤维(见图1)，英文名：polyester fibre，是从石油中提炼的聚乙烯一对苯二甲酸经特殊工艺加工而成，是目前世界上化学性能稳定、强度高、耐高温好的聚合纤维之一(见表1)，具有良好的工程应用性能。

表1 聚酯纤维(常州市天怡工程纤维有限公司生产)物理特性

聚酯纤维同沥青亲和性强。聚酯纤维混凝土具有优越的机械性能和耐化学性，可有效提高混凝土早期抗拉强度、抗裂能力、改善抗疲劳性能、抗折强度、抗冲击性能、防冻性和水稳定性等，是提高沥青混凝土路面路用性能的有效措施。

聚酯纤维在沥青混凝土中的作用：

1)加筋作用。

在掺加了聚酯纤维的混凝土混合料中，聚酯纤维以无确定规则状态的三维分散存在，这可以起到很好的加筋效果(见图2)。

2)分散作用。

在掺加了聚酯纤维的混凝土混合料中，可有效的缓解沥青与混凝土粉结成胶团，使其均匀分散在集料中。

3)吸附沥青作用。

利用聚酯纤维良好的亲油亲水性能，在混凝土中掺加使用，利用沥青与纤维的吸附性，使得油膜厚度增加，利于提高路面的耐久性。

4)稳定作用。

纤维的存在能够使得集料表面的沥青处于稳定的状态，提高沥青混合料的高温稳定性能。特别是夏季高温时，沥青受热膨胀，纤维内部的空隙将成为缓冲，不至于成为自由沥青而泛油。

5)增粘作用。

纤维的存在，通过沥青油膜的粘结作用，使得沥青和矿料的粘附性增强。由于集料间的粘结力的增强，利于提高混合料的水稳定性。

聚酯纤维混凝土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、气膜层；旧沥青路面和旧水泥路面的罩面薄层，机场跑道、停机坪等部位的加强，路面补强和修复等。

2 纤维对混凝土的性能影响的机理

在沥青混凝土中加入纤维，极大的提高路面的承载能力、抗车辙、抗反射裂缝等路用性能，明显改善路面的抗疲劳性能及水稳定性能，降低路面后期维护费用55%～60%。因此，掺加聚酯纤维的沥青混凝土路面得到了广泛应用。

2.1 加筋作用机理

聚酯纤维粗细均匀，在两端有明显“触角”状突起(见图3)，这特别有利于相互搭接。在沥青混凝土中，按照2 kg/t的聚酯纤维掺量，则在每立方米混凝土混合料中就会有4亿根6 mm长的纤维呈无规则三维分布。在混凝土中，纤维纵横交错，与沥青均匀的粘合在一起，加筋效果显著。同时，大幅度提高阻滞路面开裂的自愈能力，减少或者延迟裂缝的出现。

2.2 吸附作用机理

聚酯纤维直径一般在20 μm左右，其比表面积相当大。在混合料中，由于纤维良好的亲油亲水性能，沥青在纤维表面的吸附及浸润作用，使得沥青在纤维表面呈现出单分子状的排列状态，从而形成结合力强的“结构沥青”界面层(见图4)。这对减缓沥青老化速率，降低沥青的温度敏感性具有极其重要的作用，可有效改善路面混合料的高温和低温稳定性能。

2.3 稳定作用机理

在聚酯纤维沥青混凝土中，数量巨大的纤维呈现三维随机分布。纤维纵横交错，且沥青在纤维表面的吸附及浸润作用，使得在混合料内部形成稳定的骨架结构网及“结构沥青”网，使得结构沥青比例大大增大，自由沥青膜有效减薄，这对降低温度对路面的影响意义重大。同时，对减少路面开裂，延缓路面老化效果十分明显。

2.4 改善疲劳性能的机理

在沥青混凝土路面开裂的研究中发现，荷载、温度及内部不均匀结点是导致路面开裂的主要因素。在聚酯纤维混合料中，三维随机分布的短纤维对裂纹的扩展具有明显的阻滞作用。同时，混合料内部形成的骨架结构网及“结构沥青”网使得沥青对集料的粘裹力大幅增大，提高混凝土结构的稳定性，使其不易松散。这些都利于提高路面的抗疲劳性能，延长路面使用寿命。

聚酯纤维混凝土能够显著提高沥青路面的使用寿命，具有显著的抗车辙性、抗裂性、水稳性及抗疲劳性等。推广聚酯纤维混凝土路面，对于创建安全、舒适的行车环境，提高公路质量和延长寿命具有重要意义。

3 聚酯纤维混凝土的应用

聚酯纤维混凝土路面路用性能优越，具有良好的抗车辙、抗开裂、抗疲劳及抗水害等性能，在我国具有广阔的应用发展前景。

3.1 在新建路面中的应用

将聚酯纤维混凝土应用于新建沥青路面的中、上面层，实现其良好的高温稳定性，抗开裂、抗疲劳及抗水害等工程路用性能。同时，利用细小纤维末梢实现与下面层的良好粘结。使用纤维沥青混凝土路面，能够有效延长路面使用寿命，减薄面层厚度，提高路面的整体强度。

3.2 在旧沥青路面及水泥混凝土路面的罩面中的应用

使用聚酯纤维混凝土进行旧路面改造是一种效果良好的方案，一般是用于旧沥青路面或水泥混凝土路面罩面。在旧路面改造中，利用聚酯纤维混凝土极强的抗拉抗裂能力，同时实现与原有

旧路面极强的粘结，能够很好的解决原有路面的坑槽、车辙、裂缝等病害，显著延长路面的使用寿命。

3.3 在沥青路面养护中的应用

在沥青混凝土路面的使用过程中，出现车辙、裂缝、坑槽、松散等病害是不可避免的。但如果处理不及时，则会导致出现大面积破损的现象。

在路面养护中，破损部位修补的关键在于新旧沥青混凝土能够实现有效粘结。将聚酯纤维混凝土应用于路面养护作业，就是充分利用纤维端头的“触头”状突出实现新旧混合料的有效粘结。在裂缝治理中，聚酯纤维混凝土能够使得裂缝两侧紧粘在一起，利于延缓裂缝的发展。

3.4 在钢结构桥面的应用

将聚酯纤维混凝土应用于钢结构桥面铺摊，在磨耗层与气膜层之间，提供了一个三维的加强作用，以加强筋阻止龟裂、车辙和挤推等性能。同时，其优越的工程性能，能够有效阻止冰雪、雨水或其他有害介质对路面结构及桥面的入侵。这对保护桥面钢筋和钢板不被腐蚀，确保桥梁结构的安全性具有重要意义。

4 掺量及施工

高等级公路中的参考掺量见表2。

表2 高等级公路中的参考掺量

桥面铺装时，磨耗层：3.5 kg每吨沥青混合料；气膜层：2.5 kg每吨沥青混合料。

施工工艺：使用聚酯纤维混合料，与沥青混合料相比，配合比基本不变，仅需添加一台纤维添加设备；施工工艺与不添加纤维时基本相同，只要将纤维与集料同时加入搅拌机，先干拌25 s～30 s，再湿拌30 s即可。

5 结语

聚酯纤维沥青混合料性能优越，具有极强的抗车辙、抗裂性、抗疲劳及抗水害性能。同时，在施工中不需要改变原有施工工艺，操作简单方便，适用性强。推广和使用聚酯纤维沥青混凝土路面，是提高路面使用性能、确保路面质量的一个有效措施，能有效的延长路面使用寿命，节约路面养护成本。

[1] 常州市天怡工程纤维有限公司[OL].http://www.zengqiang.com/cn/cp2.htm.2014-03-02.

[2] 孙 静.纤维对沥青混凝土性能影响的作用及机理[J].城市建设理论研究，2013(8)：78-79.

[3] BoniFiber路用纤维在沥青路面中的应用[OL].2014-03-02.http://www.chinahighway.com/news/2002/29373.php.

On mechanism analysis of influence of polyester fiber on concrete and its application

XU Wen-rui

(JinzhongBranch,ShanxiRoadBureau,Jinzhong030600,China)

The paper illustrates the role of the polyester fiber added into the asphalt concrete, analyzes its influence on the concrete performance, and points out it can improve the wholeness, stability, safety, and durability of the roadbed by researching its application effect on the project.

polyester fiber, concrete, role, mechanism, application

1009-6825(2014)22-0121-02

2014-05-23

徐文瑞(1977- )，男，助理工程师

TU502

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