聚酯纤维对RAP温拌再生沥青混合料疲劳性能的影响研究

江雨倩

(广西新发展交通集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

在沥青路面施工过程中采用温拌沥青混合料和对废旧沥青路面材料的再生可以降低施工温度，减少垃圾填埋场的使用和集料、沥青等自然资源的浪费，减少路面施工带来的环境污染[1]。目前有部分学者对RAP和温拌沥青混合料展开了研究并发现：增加RAP材料含量，沥青混合料的回弹模量和间接拉伸强度均有所增加，并改善了沥青混合料的水敏感性；与热拌沥青混合料相比，温拌沥青混合料的抗车辙性能降低，而掺入RAP材料可以改善沥青混合料的抗车辙性能[2-3]；在温拌沥青混合料中掺入RAP材料可以有效改善沥青混合料的高温性能并改善沥青混合料温度敏感性，但是沥青混合料疲劳性能有所下降[4]。综上可知，温拌技术可以有效降低沥青混合料生产温度，减少环境、经济和社会成本[5]。因此，本研究采用温拌沥青混合料和废旧沥青路面材料共制备了12种沥青混合料，并通过开展沥青混合料性能试验对比分析不同类型沥青混合料之间的差异。

1 原材料

1.1 基质沥青

本研究采用中海油70#沥青作为基质沥青，对其性能进行检测，检测结果如表1所示。

表1 70#基质沥青性能试验结果表

1.2 聚酯纤维

本研究所采用的纤维为聚酯纤维，其各项性能指标满足施工规范要求(表2)。

表2 聚酯纤维技术性能表

1.3 新集料及矿粉

粗集料和细集料采用石灰岩，矿粉由石灰岩磨制而成。集料的合成级配如图1所示。

图1 AC-13级配设计图

1.4 回收沥青路面材料(RAP)

回收沥青路面材料由湖南省某省干线公路大修现场热铣刨法获取。对老化沥青性能指标进行测试，试验结果如下页表3所示。

表3 老化沥青性质表

1.5 温拌剂

本研究选用了Sasobit温拌剂，该温拌剂为淡黄色小颗粒，熔点为105 ℃，闪点为280 ℃。本研究中Sasobit的掺量为2%。

2 试验方法

2.1 试验方案确定

本研究通过采用不同掺量的RAP和聚酯纤维制备温拌沥青混合料，一共确定了12组试验方案，具体如表4所示。通过对各组沥青混合料进行劲度模量试验、动态蠕变试验、间接拉伸疲劳试验，评价12种沥青混合料性能并比较沥青混合料之间的差异。

表4 不同类型沥青混合料组成试验方案表

2.2 劲度模量试验

根据《沥青混合料劈裂试验》(T 0716-2011)和ASTM D4123-82采用间接拉伸试验测定沥青混合料劲度模量，施加的荷载为半正弦波，频率为2 Hz。标准马歇尔试件尺寸为直径101.6 mm、高63.5 mm。本研究的试验温度为25 ℃，泊松比取0.40。

2.3 动态蠕变试验

沥青混合料的抗变形能力可以通过动态蠕变试验来确定。在动态蠕变测试中，对沥青混合料进行循环加载，并检测在轴向上所产生的变形。根据试验规程进行蠕变测试，进行测试前，需将沥青混合料试样保温24 h。载荷按1 s加载、1.5 s间歇施加(矩形波)，频率为0.5 Hz。

2.4 间接拉伸疲劳试验

本研究采用间接拉伸试验研究沥青混合料疲劳特性。采用应力控制和连续半正弦波荷载加载，加载频率为10 Hz。

3 试验结果分析

3.1 劲度模量试验结果

劲度模量试验结果如表5、图2所示。从试验结果可以发现，掺入RAP可以提高沥青混合料劲度模量，这与以前的研究结果一致。含有RAP的沥青混合料劲度模量高于未掺入RAP的沥青混合料，这是由于RAP材料中老化沥青胶结料以及RAP材料刚度较大所致。与此同时，聚酯纤维的掺入也将增加沥青混合料劲度模量。RAP掺量越多，聚酯纤维对于劲度模量增加效果影响越小。

在不使用RAP的沥青混合料中，每掺入0.06%的聚酯纤维，其弹性模量将增加约14.6%。同时，在含有50%和100% RAP的沥青混合料中掺入相同掺量的聚酯纤维，其弹性模量增加了约3%。

表5 沥青混合料劲度模量试验结果表

图2 沥青混合料劲度模量试验结果柱状图

3.2 动态蠕变试验结果

根据先前试验研究发现，荷载循环次数越大越好。本研究沥青混合料动态蠕变试验结果如表6、图3所示。从图3中可以看出，掺入RAP会导致荷载循环次数增加，即沥青混合料的抗变形能力增强，这与以前的研究结果一致。100% RAP沥青混合料的荷载循环次数高于其他沥青混合料。这是由于RAP材料中存在老化沥青，这使其与新沥青相比更加坚硬。与此同时，掺入聚酯纤维也将导致沥青混合料荷载循环次数增加。

RAP掺量越多，聚酯纤维对沥青混合料荷载循环次数增加越明显。在没有RAP的沥青混合料中，每添加0.06%的聚酯纤维，荷载循环次数会增加约16.8%；在含有50%和100% RAP的沥青混合料中，具有相同掺量的聚酯纤维，荷载循环次数分别增加了约36.3%和29.4%。

表6 沥青混合料动态蠕变试验结果表

图3 沥青混合料动态蠕变试验结果柱状图

3.3 间接拉伸疲劳试验结果

根据试验方法开展间接拉伸疲劳试验，试验结果如表7、图4所示。由于RAP材料中老化沥青导致沥青混合料变硬，掺入RAP会减小沥青混合料疲劳寿命。含有100% RAP的沥青混合料的疲劳寿命远低于其他混合料。添加聚酯纤维可以改善沥青混合料疲劳寿命，这是由于掺入聚酯纤维可以提高沥青混合料的抗拉强度。聚酯纤维可以缓解沥青混合料中的应力，并防止裂纹的发生和蔓延。因此，在含有RAP材料的沥青混合料中掺入聚酯纤维，可以改善其疲劳寿命。RAP含量越高，聚酯纤维改善沥青混合料疲劳寿命的作用越小。在不使用RAP材料的沥青混合料中每掺入0.06%的聚酯纤维，疲劳寿命就会延长约11.7%；在含有50% RAP材料和100% RAP材料的沥青混合料中，具有相同掺量的聚酯纤维，沥青混合料疲劳寿命分别增加了约5.6%和4.4%。

表7 沥青混合料间接拉伸疲劳试验结果表

图4 沥青混合料间接拉伸疲劳试验结果柱状图

4 结语

本研究中，采用了两种方法制备沥青混合料：(1)降低沥青混合料的拌和温度，即温拌沥青混合料；(2)对废旧沥青路面材料的回收再生。本研究共制备了12种沥青混合料，并通过开展沥青混合料性能试验对比分析不同类型沥青混合料之间的差异，得出了以下主要结论：

(1)使用RAP材料和掺入聚酯纤维均可增加沥青混合料劲度模量，在含有0%、50%、100% RAP材料中每掺入0.06%聚酯纤维，沥青混合料的劲度模量分别提高14.6%、3%和3%。

(2)使用RAP材料显著增加沥青混合料荷载循环次数。在含有0%、50%、100% RAP材料中每掺入0.06%聚酯纤维，沥青混合料的荷载循环次数分别提高16.8%、36.3%和29.4%。试验结果表明，在沥青混合料中掺入聚酯纤维有效提高了其抗永久变形能力。

(3)掺入RAP材料大大降低了沥青混合料的疲劳性能，而聚酯纤维可以有效提高沥青混合料疲劳寿命。在含有0%、50%、100% RAP材料中每掺入0.06%聚酯纤维，沥青混合料的荷载循环次数分别提高11.7%、5.6%和4.4%。

综上所述，RAP的添加导致沥青混合料的劲度模量和抗永久变形的能力增加。但是，添加RAP会导致沥青混合料的疲劳寿命降低，这可能是由于沥青混合料的刚度增加所致。同样，在沥青混合料中掺入聚酯纤维会提高沥青混合料的疲劳寿命，这是由于聚酯纤维具有更强的抗拉伸性和柔韧性。此外，关于含有50% RAP的沥青

混合料中的间接拉伸强度比值，掺入0.06%的聚酯纤维可为沥青混合料提供理想的条件。同样，在该混合料中掺入0.12%的聚酯纤维会导致更低的强度比值。