纤维沥青胶浆及混合料高温性能研究

袁祖光 张明月 熊剑平

摘要：为掌握纤维对沥青胶浆及沥青混合料高温性能的改善效果，选取两种聚酯纤维，分别对不同纤维掺量的沥青混合料及沥青胶浆进行动稳定度及粘度试验，研究结果表明：添加聚酯纤维可显著提升沥青混合料及沥青胶浆高温性能且温度越高提升效果越明显;随着聚酯纤维掺量的增加，沥青抗车辙性能先提升后下降，以0.25%掺量最优;纤维矿粉双掺沥青胶浆高温性能优于单掺纤维或矿粉，建议进行配合比设计时应该考虑用部分纤维代替矿粉。

关键词：纤维;沥青混合料;沥青胶浆;高温性能

中图分类号：U414   文献标识码：A  文章编号：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

随着国民经济水平的提升与进步，我国公路建设事业蓬勃发展。沥青路面因其具有良好的行车舒适性、噪音低、养护便捷等优点广泛应用于我国高等级公路中。然而伴随交通量的增长，在役时间的延长，沥青路面使用中常出现车辙、裂缝、推移、拥包等病害，严重影响行车的安全性与舒适性，因此，如何提高沥青路面质量，提升使用性能成为道路科研工作者关注的焦点。在沥青混合料中添加纤维无疑提供了一种新思路，其利用纤维与沥青的吸附及纤维的加筋作用改善了沥青混合料的路用性能^[1]。为此，本文在沥青混合料及沥青胶浆中添加纤维进行动稳定度及粘度试验，以掌握添加纤维对沥青路面使用性能的提升效果。

1 原材料

选用SBS改性沥青、粗集料为英安岩，细集料为石灰岩，矿粉由石灰岩磨制，纤维选用路伏特聚酯纤维和路孚聚酯纤维，上述原材料各项技术指标均满足规范要求，混合料级配采用AC-13，级配设计见表1。

2 纤维沥青混合料高温性能

本文基于前述级配设计，在沥青混合料中分别添加0%、0.25%、0.5%聚酯纤维，制备车辙板试件，测定试件在60、65、70℃时的动稳定度，结果见表2，由此可知：

（1）添加聚酯纤维可显著提升沥青混合料抗车辙性能且温度越高提升效果越明显。在60℃、65℃及70℃条加下，掺入纤维后沥青混合料动稳定度平均提升幅度分别为8.8%、46.9%、73.7%（见图1）。其主要原因在于纤维具有加筋作用，且可增加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^[2]。

（2）随着聚酯纤维掺量的增加，沥青抗车辙性能先提升后下降。在60℃、65℃及70℃条件下，当纤维掺量由0%增加至0.25%时，路伏特纤维沥青混合料动稳定度分别提升289次/mm、2852次/mm、2392次/mm，路孚纤维沥青混合料动稳定分别提升1460次/mm、1747次/mm、2007次/mm，纤维掺量继续增加至0.5%时，路伏特纤维沥青混合料动稳定度分别下降167次/mm、547次/mm、548次/mm，路孚纤维沥青混合料动稳定分别下降860次/mm、883次/mm、720次/mm（见图2）。这是因为在纤维掺量提高时，拌和时间相同的情况下，拌和的均匀性一定程度下降，未拌和均匀的聚酯纤维作为一种填料在混合料中起到一定的负作用。

3 纤维沥青胶浆高温性能

沥青胶浆对影响着混合料的路用性能，为此，本文测试矿粉和纤维在掺量变化情况下沥青胶浆在不同温度下的粘度以表征其高温性能。沥青胶浆种类及测试结果见表3，由此可知：

（1）在胶浆由沥青和纤维组成时，随着纤维掺量的增加，沥青胶浆高温性能提升，且随着温度的升高，由纤维掺量增加带来的高温性能提升效果成倍增长。对比分析3、5、7、9四组数据，当温度为75℃时，纤维掺量由0.25%增加至0.5%时，沥青胶浆粘度平均增长10.37%，当温度为175℃时，沥青胶浆粘度平均增长56.2%（见图3）。这是因为纤维具有相较大的比表面积，其分散在沥青中，表面积成为浸润界面，沥青和纤维之间会产生物理和化学作用，如吸附、扩散、化学键结合等，在这种作用下，沥青成单分子排列在纤维表面上，形成结合力牢固的结构沥青层，减少自由沥青比例，从而提高沥青胶浆的粘度，改善其高温性能^[3]。

（2）在胶浆由沥青、纤维和矿粉组成时，纤维与矿粉掺量越高，沥青胶浆高温性能越好。对比分析4、6、8、10四组数据，当纤维掺量由0.25%增加至0.5%、矿粉掺量由3%增加至5%时，不同温度下沥青胶浆粘度增长5.09%至20.20%不等（见图4）。这是因为纤维的加筋与矿粉、沥青之间的桥接作用，使沥青胶浆形成网络结构，有效阻止了胶浆间相对移动。纤维这种特点可以有效消散矿料间相对移动的应力，故能有效改善混合料高温性能^[4]。

（3）纤维矿粉双掺沥青胶浆高温性能优于单掺纤维或矿粉。添加矿粉和纤维对较低温度下的粘度增加绝对量非常大，在混合料工作的最高温度（75℃），不管纤维和矿粉的添加量是多少，总体的粘度都在300Pa·s。当矿粉量和纤维量都达到本次试验的最大值时，总体的粘度增加并不明显，这说明在进行配合比设计时应该考虑用部分纤维代替矿粉。

4 结語

（1）添加聚酯纤维可显著提升沥青混合料及沥青胶浆高温性能且温度越高提升效果越明显;

（2）随着聚酯纤维掺量的增加，沥青抗车辙性能先提升后下降，以0.25%掺量最优;

（3）纤维矿粉双掺沥青胶浆高温性能优于单掺纤维或矿粉，建议进行配合比设计时应该考虑用部分纤维代替矿粉;

（4）纤维对沥青混合料路用性能的提升不仅体现在高温性能方面，后续可针对水稳定性能、疲劳特性等做进一步研究。

参考文献

[1]吴萌萌.纤维沥青胶浆及其混合料路用性能研究[D].中国石油大学（华东），2015.

[2]刘志华.纤维对沥青混合料性能影响试验分析[J].中国公路，2018（14）：110-111.

[3]陈磊.不同种类纤维沥青混合料性能及其经济指标对比研究[D].石家庄铁道大学，2017.

[4]张楠，郑南翔，高志敏.中空聚酯纤维沥青胶浆特性及增韧机理研究[J].硅酸盐通报， 2018，37（02）：553-560.

收稿日期：2019-07-08

作者简介：袁祖光（1977 —），男，广西玉林人，本科，高级工程师，研究方向：道路工程。