论聚酯纤维对路面养护超薄罩面沥青混合料的性能影响

收稿日期：2024-03-01

作者简介：郭彦俊（1985—），男，本科，工程师，从事公路工程工作。

摘要 超薄罩面主要用于提高路面的服务功能，改善路面的抗滑性、防水性、抗裂性和抗车辙性能。为提高超薄罩面沥青混合料的路用性能，文章探讨了聚酯纤维对超薄罩面沥青混合料的性能影响。设计了空隙型的UTO-10和密实型的UTOD-5两种类型的超薄罩面沥青混合料，掺入不同掺量和长度的聚酯纤维，进行室内试验和路面试验，评价聚酯纤维的作用效果。试验结果表明，聚酯纤维的添加可以提高超薄罩面沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性，延缓路面早期病害，建议UTO-10混合料，采用长度9 mm的聚酯纤维、掺量0.3%，UTOD-5采用6 mm的聚酯纤维、掺量0.2%，超过或低于该值，聚酯纤维性能会下降，为超薄罩面设计与施工提供技术参考。

关键词 公路工程项目；超薄罩面；聚酯纤维；密实型；空隙型；路用性能

中图分类号 U414文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）11-0064-04

0 引言

沥青路面建成通车后，在车辆荷载、自然环境的共同影响下，沥青路面表层将不可避免地产生变形、开裂、贫油病害现象[1]。沥青混合料剥落是导致路面行车安全性、舒适性、路面耐久性能下降的主要影响因素，因而及时进行预处理是保证路面使用性能、减缓病害发展的关键。超薄罩面是一种在原有沥青路面上铺筑20 mm±5 mm厚沥青混合料面层的预防性养护技术，主要用于提高路用性能。沥青混合料是超薄罩面的关键材料，其性能直接影响超薄罩面质量[2]。为提高超薄罩面沥青混合料的路用性能，可在混合料中适当添加纤维材料，如聚酯纤维、玻璃纤维、碳纤维等，以增强沥青混合料的内聚力、黏结力，提高沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性，延缓沥青混合料的老化过程[3-4]。该文以公路工程项目为背景，以超薄罩面为研究对象，探讨聚酯纤维对路面养护超薄罩面沥青混合料的性能影响，旨在为超薄罩面设计与施工提供参考。

1 原材料的选用

选用以下三种原材料：聚酯纤维、矿质集料和沥青胶结料。具体规格参数如下：

（1）聚酯纤维：选用不同长度（3 mm、6 mm、9 mm

和12 mm）的聚酯纤维，作为超薄罩面沥青混合料的添加剂，掺量为0.2%、0.3%、0.4%和0.5%。

（2）矿质集料：选用满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）要求的矿质集料，包括石灰岩、玄武岩、花岗岩和河卵石等，并经集料材质检测，具体见表1～3，其质量性能指标均达到技术标准[5-6]。设计了两种类型的超薄罩面沥青混合料：UTO-10空隙型、UTOD-5密实型。

（3）沥青胶结料：SBS改性沥青胶结料主要技术指标测试结论，见表4，满足材质性能标准。选用改性沥青，根据沥青混合料的类型和纤维掺量，确定不同的油石比，范围为5%～6.2%。

2 混合料类型与配比

设计两种类型的超薄罩面沥青混合料：UTO-10空隙型、UTOD-5密实型。其主要区别在于矿料合成级配的形状、油石比。空隙型超薄罩面沥青混合料的矿料合成级配曲线呈“S”形，油石比较高，可增加沥青混合料的空隙率，提高沥青混合料的排水抗滑性能。密实型超薄罩面沥青混合料的矿料合成级配曲线呈“U”形，油石比较低，可减少沥青混合料的空隙率，提高密实度[7]。两种类型的超薄罩面沥青混合料的矿料合成级配曲线如图1和图2所示。

为确定两种类型的超薄罩面沥青混合料的最佳油石比，采用马歇尔试验法，制作不同油石比的马歇尔试件，进行马歇尔测试[8]。根据测试结果分析油石比对超薄罩面沥青混合料性能的影响规律，确定两种类型的超薄罩面沥青混合料的最佳油石比。结果表明，UTO-10空隙型超薄罩面沥青混合料的最佳油石比为6.2%，UTOD-5密实型超薄罩面沥青混合料的最佳油石比为5%。

3 路用性能

根据不同的级配和沥青用量，制备不同的超薄罩面混合料试件，进行相关试验，评价超薄罩面混合料的抗车辙性、抗裂性、水稳定性[9]。

3.1 纤维掺量的影响

为研究不同纤维掺量对超薄罩面混合料路用性能的影响，在纤维长度为6 mm的条件下，分别掺入0.2%、0.3%和0.4%的聚酯纤维，与不掺纤维的对照组进行比较[10]。按照前述的级配、沥青用量拌制不同纤维掺量的超薄罩面混合料，压实成型，进行车辙试验、低温弯曲试验、残留稳定度试验和飞散试验，评价超薄罩面混合料的动稳定度、最大弯拉应变、残留稳定度比，具体见表5。

表5 不同纤维掺量时超薄混合料路用性能试验结果

序号 薄混合料

类型 纤维掺

配量/% 动稳定度/

（次/mm） 最大弯拉

应变/εμ 残留稳定

度比/%

1 UTO-10 0.00 3 459 2 555 95.50

2 UTO-10 0.20 4 722 2 942 95.70

3 UTO-10 0.30 5 619 3 217 96.10

4 UTO-10 0.40 5 374 3 070 97.30

5 UTOD-5 0.00 2 732 2 946 96.80

6 UTOD-5 0.20 4 261 3 318 97.60

7 UTOD-5 0.30 4 131 3 249 97.50

8 UTOD-5 0.40 3 671 3 363 98.30

从表5可以看出，随着纤维掺量的增加，超薄罩面混合料的动稳定度、最大弯拉应变和残留稳定度比均有不同程度的提高，说明纤维的添加可以增强超薄罩面混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性。

（1）UTO-10空隙型超薄罩面混合料的动稳定度和最大弯拉应变随着纤维掺量的增加呈现先增加后减少的趋势，表明存在最佳纤维掺量，超过该掺量，纤维作用效果会下降。

（2）UTOD-5密实型超薄罩面混合料的动稳定度和最大弯拉应变随着纤维掺量的增加呈现先减少后增加的趋势，表明密实型超薄罩面混合料对纤维的敏感性较低，需要较高的纤维掺量才能发挥纤维的作用。

（3）两种类型的超薄罩面混合料的残留稳定度比随着纤维掺量的增加均呈现增加的趋势，表明纤维的添加可以提高超薄罩面混合料的抗水损伤能力。

综合考虑各项性能指标可知，UTO-10空隙型超薄罩面混合料的最佳纤维掺量为0.3%，UTOD-5密实型超薄罩面混合料的最佳纤维掺量为0.4%。在此掺量下，超薄罩面混合料的路用性能达到最优。

3.2 纤维长度的影响

UTO-10纤维掺量为0.3%，UTOD-5纤维掺量为0.2%，分别掺入3 mm、6 mm、9 mm和12 mm的玄武岩纤维，与不掺纤维的对照组进行比较。拌制不同纤维长度的超薄罩面混合料，压实成型，进行试验，评价超薄罩面混合料性能，具体见表6。

表6 不同纤维长度时超薄混合料路用性能试验结果

序号 超薄混合

料类型 纤维

长度/mm 动稳定度/

（次/mm） 最大弯拉

应变/εμ 残留稳定

度比/%

1 UTO-10 3.0 4979 2763 96.70

2 UTO-10 6.0 5519 3117 96.10

3 UTO-10 9.0 5725 3360 95.30

4 UTO-10 12.0 5471 3161 96.40

5 UTOD-5 3.0 3885 3125 97.10

6 UTOD-5 6.0 4261 3318 97.60

7 UTOD-5 9.0 4114 3273 97.30

8 UTOD-5 12.0 4175 3314 98.30

从表6可以看出，不同纤维长度对超薄罩面混合料的路用性能有不同的影响。

（1）对于UTO-10空隙型超薄罩面混合料，随着纤维长度的增加，动稳定度和最大弯拉应变先增加后减少，残留稳定度比先减少后增加，表明存在一个最佳的纤维长度，超过该长度，纤维的作用效果会下降。具体来说，当纤维长度由3 mm增加到9 mm时，动稳定度由4 979次/mm增加到5 725次/mm，增加了14.96%，最大弯拉应变由2 763 εμ增加到3 360 εμ，增加了21.62%，残留稳定度比由96.70%减少到95.30%，减少了1.45%。而当纤维长度由9 mm增加到12 mm时，动稳定度由5 725次/mm减少到5 471次/mm，减少了4.44%，最大弯拉应变由3 360 εμ减少到3 161 εμ，减少了5.92%，残留稳定度比由95.30%增加到96.40%，增加了1.15%。

（2）对于UTOD-5密实型超薄罩面混合料，随着纤维长度的增加，动稳定度和最大弯拉应变先减少后增加，残留稳定度比先增加后减少，表明密实型超薄罩面混合料对纤维的敏感性较低，需要较长的纤维长度才能发挥纤维的作用。具体来说，当纤维长度由3 mm增加到6 mm时，动稳定度由3 885次/mm增加到4 261次/mm，减少了9.67%，最大弯拉应变由3 125 εμ增加到3 318 εμ，增加了6.18%，残留稳定度比由97.10%增加到97.60%，增加了0.51%。而当纤维长度由6 mm增加到12 mm时，动稳定度由4 261次/mm减少到4 175次/mm，减少了2.02%，最大弯拉应变由3 318 εμ减少到3 314 εμ，减少了0.12%，残留稳定度比由97.60%增加到98.30%，增加了0.72%。

（3）两种类型的超薄罩面混合料的飞散试验结果均表明，掺入纤维后，飞散率均显著降低，说明纤维的添加可以提高超薄罩面混合料的耐久性。具体来说，当纤维长度由3 mm增加到12 mm时，UTO-10空隙型超薄罩面混合料的飞散率由0.32%降低到0.21%，降低了34.38%，UTOD-5密实型超薄罩面混合料的飞散率由0.28%降低到0.18%，降低了35.71%。这可能是因为，纤维的添加可以增加沥青混合料的内聚力和黏结力，减少沥青混合料的飞散损失，提高沥青混合料的抗老化能力。

综合考虑各项性能指标，UTO-10空隙型超薄罩面混合料的最佳纤维长度为9 mm，UTOD-5密实型超薄罩面混合料的最佳纤维长度为12 mm。在此长度下，超薄罩面混合料的路用性能达到最优。

4 结语

综上所述，根据不同的级配和沥青用量，拌制空隙型的UTO-10和密实型的UTOD-5两种类型的超薄罩面沥青混合料，掺入不同掺量、长度的聚酯纤维，进行高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和耐久性等性能试验，得出以下结论：

（1）聚酯纤维可以吸附沥青，形成网络结构，提高

（下转第70页）

（上接第66页）

超薄罩面沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和耐久性，延缓路面的裂缝和集料脱落等病害。

（2）聚酯纤维掺量和长度应适当选择，过大或过小均会影响纤维在混合料中的分散性和增强作用，空隙型混合料需要较大的掺量和长度才能形成有效的网络结构。

（3）密实型混合料的聚酯纤维掺量为0.2%，长度为6 mm，空隙型混合料的聚酯纤维掺量为0.3%，长度为9 mm，在此条件下，超薄罩面沥青混合料的性能最佳。

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