纤维沥青混凝土的路用性能研究

余 浪 昆明市政工程设计科学研究院有限公司工程师，硕士研究生

刘琼莲 昆明市政工程设计科学研究院有限公司工程师，硕士研究生

沥青混凝土是一种优质的路面材料，相较于传统的水泥路面有着诸多的优势，但是随着沥青混凝土路面的进一步应用，其也面临着车辙、坑槽及裂缝等病害，这些病害的存在会进一步加剧沥青路面的破坏，对沥青路面的使用寿命造成严重的影响。为了进一步改善沥青混凝土的路用性能，常常采用掺入纤维的方式，通过向沥青混凝土中掺入合适的纤维，有效地改善沥青路面的高温稳定性、抗裂性及抗水害性等。因此，对于纤维沥青混凝土的路用性能进行研究，对纤维沥青混凝土在道路工程中的有效应用有着非常重要的意义。

1 纤维沥青混凝土概述

纤维沥青混凝土是指在普通沥青混合料中加入纤维，从而构成包含纤维的沥青混凝土。纤维在沥青混凝土中主要起到加筋作用，能使得沥青混凝土的受力情况得到有效改善。另外，在沥青混合料中加入纤维后，纤维能对自由沥青进行吸附，从而使得沥青膜的厚度得以减小，进而增强沥青路面的耐久性[1]。相较于普通沥青混凝土而言，纤维沥青混凝土混合料具有更强的分散作用，沥青混凝土的黏稠力及稳定性更强，而且沥青混凝土的韧性和抗低温能力更高。对于纤维沥青混凝土而言，其所采用的纤维主要包括木质素纤维、矿物纤维和化纤维。

2 纤维沥青混凝土的路用性能

2.1 高温稳定性

由于沥青混合料是一种黏弹塑性材料，所以普通的沥青路面在环境温度较高且受到车辆荷载的作用时，常常会出现塑性变形的情况，而普通沥青路面的这一现象会导致出现常见的车辙、拥包、推移等病害[2]。而且随着环境温度的升高以及车辆荷载的增加，普通沥青路面的这些病害也会越来越突出。而采用纤维沥青混凝土，能有效地改善沥青路面的高温稳定性。同时通过研究发现，采用不同类型的纤维时，纤维混凝土的高温稳定性也有不同的表现。

首先，对于沥青混合料而言，当不向其中掺加纤维时，其动稳定度往往较差，而在向混合料中掺入纤维后，沥青混合料的动稳定度得到了有效改善，因此表明在向沥青混合料中掺入纤维之后，其高温抗车辙能力得到了有效提升。

其次，在向沥青混合料中掺入不同类型的纤维时，沥青混合料的动稳定度也有不同的表现。向混合料中掺入玄武岩纤维时，混合料的动稳定度较高；向混合料中掺入木质素纤维或聚酯纤维时，混合料的动稳定度相较于掺加玄武岩纤维要低。这表明在向沥青混合料中掺入矿物纤维时，混合料的高温抗车辙能力提升效果较为显著。纤维的掺入之所以能够使得沥青混合料的高温抗车辙能力得到改善，主要原因在于掺加纤维后沥青的黏性得到了有效改善，掺入的纤维在混合料中起到了加筋、增韧的作用，从而使得沥青路面的抗变形能力得到了提升，使得沥青路面塑性变形得到了一定程度的减缓[3]。而且由于掺入了纤维，沥青膜的厚度得到了降低，混合料的流动能力有所减弱，所以使得沥青路面具备更好的抗拉能力。

2.2 低温性能

对于沥青路面而言，低温抗裂性能也是一个重要的性能指标，普通沥青路面在温度较低且受到车辆荷载作用的影响时，常会出现开裂现象进而导致裂缝产生[4]。对于纤维沥青混凝土路面而言，由于在沥青混合料中加入了纤维，所以其低温性能得到了一定程度的改善。对纤维沥青路面的低温性能进行分析时，一般采用冻融劈裂试验，而根据对纤维沥青试件的冻融劈裂试验的结果进行分析，发现如果保持冻融循环次数不变，则随着沥青混合料中纤维掺量的不断增加，沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度均呈现出先增大后减小的趋势，而且无论采用各种类型的纤维，均呈现相同的规律。但是，掺加纤维种类发生改变时，沥青混合料冻融劈裂抗拉强度峰值所对应的纤维掺量有所不同，同时随着冻融循环次数的增加，沥青混合料冻融劈裂抗拉强度的峰值及平均值均会发生改变。如果保持掺加纤维种类不发生改变，随着冻融循环次数的增加，沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度会逐渐减小。

由此表明，应用纤维沥青混凝土的过程中，无论对于各种类型的纤维，均存在一个最佳掺量值，当纤维掺量为最佳值时，纤维沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度最大。之所以会出现这一现象，是因为在纤维掺量小于该最佳值时，随着纤维掺量的不断增加，沥青混合料中的空隙会不断被填充，进而形成空间网格结构，有利于沥青混合料冻融劈裂抗拉强度的增加。而如果继续掺加纤维，过多的纤维容易出现结团现象，使得构件的强度出现不均匀的情况，易导致应力集中，反而使得沥青混合料的冻融劈裂抗拉强度降低。

2.3 水稳定性

对于道路工程而言，不可避免地会受到雨水或地下水等因素的影响，水会对沥青路面造成破坏，常见的破坏形式包括松散、坑槽等，同时在水、车辆轴载以及冻融循环的共同影响下，沥青与矿料之间的黏附性会大大降低，从而使得表层沥青出现脱落的情况[5]。而向沥青混合料中掺入纤维之后，其水稳定性得到了有效改善[6]。

对于纤维沥青混凝土而言，在对其水稳定性进行检测时，一般采用浸水马歇尔试验，试验时主要通过分别制作掺加纤维的马歇尔试件和不掺加纤维的马歇尔试件，并对比试件浸水前后的稳定度。通过试验发现，相较于不掺加纤维的马歇尔试件而言，掺加纤维的马歇尔试件的残留稳定度指标相对更高，但是同时也发现因纤维掺量的不同，试件的稳定度也有所变化，且存在一个最佳掺量，纤维掺量为该最佳掺量时试件的残留稳定度指标最高。

对于纤维沥青混凝土的水稳定性而言，其之所以比普通沥青混凝土的水稳定性更好，主要是由于普通沥青混合料是由沥青作为粘结材料，将各种集料粘结成为一个整体，而水分进入混合料之后，集料表面的膜结构会被破坏，从而使得水分被集料吸收，最终影响混合料中各层之间的结合力。加之车辆荷载的作用，会进一步加剧水损害。而在向沥青混合料中加入纤维后，纤维在其中发挥了固定的作用，从而使得混合料的稳定性有所提高，水分被集料吸收的概率大大降低，进而使得集料能够更好地吸附沥青，增强集料与沥青之间的黏结力，从而使得沥青路面的稳定性得到大大提升。

3 纤维沥青混凝土配合比设计的要点

3.1 最佳纤维掺入量确定要点

通过对纤维沥青混凝土路用性能的分析可知，在向沥青混合料中掺入纤维时，存在一个最佳纤维掺入量。最佳纤维掺入量对混合料的高温稳定性、低温性能、水稳定性均会产生不同的影响。因此，在对纤维沥青混凝土的配合比进行设计的过程中，必须根据生产需要合理地确定最佳纤维掺入量，从而使得纤维沥青混凝土的高温稳定性、低温性能、水稳定性均达到最佳。一般在对最佳纤维掺入量进行确定时，需要通过试验加以确定，通过制作不同纤维掺入量的试件来确定最佳纤维掺入量。

3.2 最佳油石比确定要点

最佳油石比的确定也是纤维沥青混凝土配合比设计中的一个重要内容，在对最佳油石比进行确定时，相较于普通沥青混凝土而言，由于掺入了纤维，所以必须充分考虑纤维的影响。确定纤维沥青混合料的最佳油石比时，仍然需要通过试验确定，一般采用油石比梯度试验，通过油石比梯度试验得到油石比与毛体积密度、孔隙率、矿料间隙率、有效沥青饱和度、稳定度及流值的关系，最终根据油石比与这些性能指标之间的关系对于最佳油石比加以确定。

4 纤维沥青混凝土施工

在对纤维沥青混凝土加以应用的过程中，首先需要对沥青混合料进行制备，制备过程中需要对温度、沥青用量等参数有效地加以控制，以保证纤维沥青混合料的质量。如果是将纤维沥青混凝土用于新建道路，在施工过程中首先需要完成路基的施工，确保路基施工质量后再进行纤维沥青路面的施工。对纤维沥青路面进行摊铺时，需要同时对沥青和纤维进行铺展，铺展过程中严格按照设计要求对纤维量加以控制。同时，在铺洒过程中需要注意对相邻段铺洒间隔时间的控制，保证相邻段相互搭接到位，避免搭接处出现质量缺陷。如果是旧路面施工，则需要注意对原路面的处理和对新旧路面的结合处理，一方面应加强对原路面病害的处理，以避免沥青过多渗入原路面而对纤维沥青的质量造成影响；另一方面应加强碾压使得新旧路面能有效地结合在一起。

5 结语

本文在对纤维沥青混凝土的概念及特征进行简要介绍的基础上，分别从高温稳定性、低温性能和水稳定性3 个方面分析了纤维沥青混凝土的路用性能，明确了在向沥青混合料中掺入纤维或不掺纤维以及不同纤维类型和掺量时纤维沥青混合料高温稳定性、低温性能以及水稳定性的变化。并结合纤维沥青混凝土的路用性能研究了纤维沥青混凝土配合比设计，分析了如何确定纤维沥青混凝土的最佳纤维掺入量和最佳油石比。