纤维对沥青混合料性能影响试验分析

文/广东冠粤路桥有限公司 刘志华

近年来，我国高温多雨地区的新建高速公路沥青路面容易出现裂缝、坑槽、抗滑性能衰减较快等早期病害，对出行安全及行车舒适性造成了不利的影响，沥青混合料是造成早期病害最为显著的因素。为了改善沥青混合料的路用性能，减少路面早期病害的发生，本文采用高温抗车辙试验、低温劈裂试验、冻融劈裂试验和表面构造深度试验，通过实验研究了掺加聚酯纤维和玄武岩纤维的AC-13C、SMA-13沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和抗滑性，并分析了其作用机理，并对每种纤维的适用场合及特点进行了分析。

原材料技术指标及要求

集料采用玄武岩，沥青为SBS改性沥青，技术指标均满足相关规范及标准。选用的SBS改性沥青、玄武岩纤维及聚酯纤维材料的检测结果如表1、表2所示。

试验方案

表3为AC-13C和SMA-13两种常用级配，验证两种纤维对沥青混合料路用性能的改善效果。两种纤维掺量均为0.2%，设置不掺加纤维沥青混合料的性能为对照组，共进行4组试验，每组试验进行5个平行试验，取平均值为最终结果。

表1 SBS改性沥青的性能指标

鉴于混合料油石比相差较小，因此忽略油石比变化对沥青混合料路用性能的影响，每组试验的油石比如表4所示。

试验结果与分析

高温稳定性能

不同纤维种类、不同纤维掺量的沥青混合料的高温抗车辙性能试验结果如表5所示。

由表5可知，玄武岩纤维和聚酯纤维均可以有效提高两种混合料的动稳定度，与不添加纤维的混合料相比，添加玄武岩纤维后的AC-13C和SMA-13混合料的动稳定度分别提高了43.7%和28.6%，掺加聚酯纤维后动稳定度分别提高了31.4%和11.9%，表明玄武岩纤维对沥青混合料高温性能的提升作用更加明显，且沥青玛蹄脂沥青混合料高温稳定性明显优于密级配沥青混合料。

玄武岩纤维与聚酯纤维均能提高沥青混合料的高温稳定性能，主要原因是由于纤维具有加筋作用，且可增强混合料内部抗拉作用，消耗或缓解部分行车荷载传递的应力。而聚酯纤维在改善两种混合料高温稳定性中均逊于玄武岩纤维，是由于玄武岩纤维的平均长度和直径均小于聚酯纤维，可以更好地吸附沥青，使混合料内部的纤维更加均匀分散，并且有助于形成更加均匀的空间网状结构。

低温抗裂性能

不同纤维种类、不同纤维掺量的沥青混合料的低温抗裂性能试验结果如表6所示。

由表6可知，两种纤维的添加，均可以有效改善两种混合料的低温抗裂性，与不添加纤维相比，添加玄武岩纤维后AC-13C和SMA-13沥青混合料的低温抗裂性能分别提高了12.0%、18.1%，掺加聚酯纤维之后，低温抗裂性能提高的程度分别为6.6%和12.9%，即玄武岩纤维作用效果更加显著。在相同条件下，AC-13C沥青混合料的低温抗裂性均优于SMA-13混合料，这表明矿料级配是影响混合料低温抗裂性的主导因素。纤维的添加，在混合料内部形成良好的空间网状结构，增强材料的弹性，提高集料间的黏结力，从而防治和延缓裂缝的进一步延伸。

表2 玄武岩纤维和聚酯纤维的技术指标

表3 级配组成

表4 每组试验对应的油石比

表5 沥青混合料车辙试验结果

表6 低温劈裂试验结果

表7 沥青混合料冻融劈裂试验结果

表8 表面构造深度测定结果

水稳定性能

不同纤维种类、不同纤维掺量的沥青混合料的冻融劈裂试验结果如表7所示。

据试验数据分析得出，SMA-13混合料的水稳定性均优于AC-13C混合料，这主要是由于沥青玛蹄脂混合料中粗集料起到良好的骨架作用，在车辆荷载作用下，能够有效防治和缓解沥青路面出现车辙、坑槽等病害。在改善两种沥青混合料水稳定性方面，聚酯纤维作用效果均逊于玄武岩纤维，主要是玄武岩纤维的平均长度和直径均小于聚酯纤维，在拌和条件下所产生的沥青胶浆更加连续、均匀，并能够和粗骨料更好的衔接。因此，玄武岩纤维能够有效改善高温多雨地区沥青路面的水稳定性。

抗滑性能

采用人工铺砂法来对混合料试件表面的构造深度（TD）进行测试，将其作为抗滑性能的衡量指标，试验结果如表8所示。

由表8可知，未添加纤维的两种沥青混合料，其构造深度在同种级配混合料中均为最大值，添加玄武岩纤维后AC-13C和SMA-13混合料的表面构造深度分别降低了6.6%、5.8% ，添加聚酯纤维后则分别降低了9.8%、2.9%，以上数据表明，纤维的添加将影响沥青混合料表面构造深度，并出现了混合料抗滑性降低的情况。出现这种情况是因为纤维的添加，使得结构沥青的比例增加，并且在和细集料混合之后，粗集料会被包裹，继而混合料的表面结构深度变浅。通过上述的试验可以发现，AC-13C混合料的表面构造深度要明显的比SMA-13低，因此，在路面的上层选取上，添加聚酯纤维的SMA-13混合料更为合适，将更加有助于改善多雨地区的路面抗滑性。

结语

通过试验可知，添加纤维之后可以有效地改善沥青混合料的路用性能，减少路面早期病害的产生；在改善混合料高温稳定性、低温抗裂和水稳定性方面，聚酯纤维均差于玄武岩纤维；相比玄武岩纤维，聚酯纤维对SMA-13沥青混合料的表面构造深度影响较小；建议在沥青路面的中下面层添加玄武岩纤维来提高沥青混合料的路用性能，在上面层添加聚酯纤维来改善沥青路面行车安全性和使用寿命。