林　喜

（廈門鷺路興綠化工程建設(shè)有限公司 廈門市 361009）

聚酯纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性研究

林喜

（廈門鷺路興綠化工程建設(shè)有限公司 廈門市 361009）

為解決路面因高溫穩(wěn)定性不足而引起的車轍、擁包等問題，以聚酯纖維作為瀝青混合料的外摻劑，對(duì)纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：在4.6%最佳瀝青用量的標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗(yàn)條件下，0.18%的纖維摻量對(duì)瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提高最大，約3812次/mm；控制0.18%的纖維摻量指標(biāo)，聚酯纖維瀝青混合料試件制備的最佳壓實(shí)次數(shù)為14次，動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)4320次/mm；在60～70℃溫度范圍內(nèi)，聚酯纖維瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度下降比重比素瀝青混合料減少22%，聚酯纖維有效提高了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

聚酯纖維；瀝青混合料；高溫穩(wěn)定性；動(dòng)穩(wěn)定度

隨著道路交通量的日漸增長，高溫穩(wěn)定破壞方式在道路結(jié)構(gòu)破壞問題中所占比例越來越大，尤其在重載交通和高溫雙重外因條件下，因車輛不斷的沖擊作用、垂直輪壓荷載及摩擦影響等形成面層受壓縮的永久變形和側(cè)向流動(dòng)變形，導(dǎo)致車轍深度不斷增大，產(chǎn)生擁包、推擠等路面結(jié)構(gòu)破壞，影響行車舒適性，降低了路面的使用性能。關(guān)于將纖維材料添加到瀝青混合料中增加路面的抗裂性能已得到了許多研究［1-3］，而在纖維材料影響瀝青的高溫穩(wěn)定性研究方面關(guān)注較少。本文擬以聚酯纖維為添加劑對(duì)纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析纖維對(duì)瀝青路面高溫穩(wěn)定性能的影響，為解決道路高溫穩(wěn)定性破壞提供參考。

1　試驗(yàn)材料

1.1瀝青

本試驗(yàn)瀝青采用AH-90重交通道路石油瀝青，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》［4］（JTG E20-2011）的要求進(jìn)行試驗(yàn)檢測，其主要技術(shù)指標(biāo)如表1，結(jié)果表明試驗(yàn)瀝青符合重交通道路瀝青的技術(shù)要求。

表1　AH-90瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

1.2纖維材料

試驗(yàn)采用的聚酯纖維，以（PET）為主要原料，強(qiáng)度高，耐高溫，材料纖細(xì)，拌和后在瀝青混合料中分散較廣泛、均勻，以三維立體方式對(duì)瀝青混合料進(jìn)行加強(qiáng)，提高路面的整體使用壽命。其主要技術(shù)參數(shù)如表2。

表2　聚酯纖維的物化性能參數(shù)

1.3礦料

粗集料采用石灰?guī)r，細(xì)集料為石灰?guī)r石屑，礦粉采用石灰?guī)r磨制的粉末，由室內(nèi)試驗(yàn)得到的礦料物理性質(zhì)狀況如表3，結(jié)果表明試驗(yàn)材料符合規(guī)范要求。

表3　粗集料物理性質(zhì)指標(biāo)

1.4礦料級(jí)配

通過對(duì)粗、細(xì)集料的物理指標(biāo)分析，并結(jié)合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》［5］（JTG F40—2004）的要求，本試驗(yàn)擬采用AC-16礦料級(jí)配，如表4。

表4　AC-16級(jí)配

2　試驗(yàn)方案及結(jié)果分析

2.1最佳瀝青用量的確定

車轍試驗(yàn)和馬歇爾試驗(yàn)的瀝青混合料最佳瀝青用量有所不同，為使本試驗(yàn)更加符合路面高溫穩(wěn)定性破壞的研究，擬在馬歇爾試驗(yàn)得到瀝青混合料最佳油石比的基礎(chǔ)上，通過車轍試驗(yàn)計(jì)算分析出其最佳瀝青用量值，再以此進(jìn)行進(jìn)一步的纖維瀝青混合料高溫穩(wěn)定性研究。試驗(yàn)步驟如下：

（1）根據(jù)T0702標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)法制備直徑101.6± 0.2mm，高63.5±1.3mm的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，測定其體積參數(shù)，確定馬歇爾試驗(yàn)下的瀝青最佳油石比；

（2）在最佳油石比的基礎(chǔ)上，上下浮動(dòng)瀝青用量值（范圍±0.3%）取8組；

（3）制備8組素瀝青混合料（0%聚酯纖維摻量）的板塊試件，規(guī)格300mm×300mm×50mm。常溫下放置12 h，將試件連同試模一起，置于已達(dá)到試驗(yàn)溫度60±1℃的恒溫室中，保溫5h后。在不與試驗(yàn)輪接觸的試件兩側(cè)黏貼2個(gè)電偶溫度計(jì)控制其試驗(yàn)溫度，控制時(shí)間溫度穩(wěn)定在60±0.5℃；

（4）測試車轍試驗(yàn)輪輪壓，要求（0.7±0.05）MPa，將試模放進(jìn)試驗(yàn)臺(tái)，試驗(yàn)輪位于試模中心，保證其試驗(yàn)方向與試件的碾壓方向一致；

（5）由下式計(jì)算動(dòng)穩(wěn)定度（次/mm）

式中：d1、d2分別為對(duì)應(yīng)時(shí)間的變形量mm；C1、C2為試驗(yàn)機(jī)修正系數(shù)和試件系數(shù)。

通過馬歇爾試驗(yàn)得到瀝青混合料的最佳瀝青用量為4.7%。而車轍試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

由圖1可得，隨瀝青用量的增加，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度先增大后減小，峰值在2561.87次/mm附近，對(duì)應(yīng)的瀝青用量為4.59%，相對(duì)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果減小約0.1%；在動(dòng)穩(wěn)定度上升階段，瀝青用量在4.49%～4.59%段變化最快，在4.59%～4.69%下降緩慢，表明瀝青混合料在此范圍內(nèi)的瀝青用量對(duì)路面高溫穩(wěn)定性影響最大，最佳用量值約4.6%。在進(jìn)行車轍試驗(yàn)測定纖維高溫穩(wěn)定性時(shí)，以4.6%的瀝青用量作為指標(biāo)，研究摻入纖維條件下的瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度變化。本試驗(yàn)重點(diǎn)研究試件的纖維摻量、壓實(shí)功和試件溫度在瀝青混合料外摻聚酯纖維材料時(shí)動(dòng)穩(wěn)定度的影響，以表征纖維對(duì)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的效用。

2.2聚酯纖維摻量的影響

聚酯纖維材料具有抗拉強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在瀝青混合料中起到加筋和增強(qiáng)瀝青混合料的黏結(jié)力等作用，但超量的聚酯纖維會(huì)影響混合料的壓實(shí)效果。本試驗(yàn)擬以0.2%、0.25%、0.3%、0.35%和0.4%的纖維摻量與素瀝青混合料（0%的纖維摻量）作對(duì)比，制備車轍試件研究其高溫穩(wěn)定性影響效果。圖2為纖維摻量與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系曲線。

根據(jù)圖2，在4.6%瀝青用量條件下的混合料動(dòng)穩(wěn)定度隨著聚酯纖維摻量的增加，經(jīng)歷了一個(gè)先上升后下降的凸形曲線，速率為快速增加—緩慢增加—緩慢下降—快速減小的過程；纖維用量在0.18%時(shí)瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到最大，約3812次/mm，比素瀝青混凝土的動(dòng)穩(wěn)定度提高了48.9%，這個(gè)提升主要是因?yàn)榫埘ダw維在發(fā)揮作用；不同摻量的聚酯纖維材料（0.1%～0.3%）均在不同程度上提高了材料的高溫穩(wěn)定性能，在0.15%～0.23%的摻量范圍內(nèi)，動(dòng)穩(wěn)定度變化較緩慢，表明在此區(qū)間內(nèi)，聚酯纖維的影響在其最大工作效率小范圍上下波動(dòng)。

聚酯纖維材料的整體強(qiáng)度高，能夠在三個(gè)方向上對(duì)瀝青混合料進(jìn)行強(qiáng)度提高。當(dāng)纖維摻量逐漸增加時(shí)，粒料間的粘結(jié)力得到加強(qiáng)，混合料的高溫穩(wěn)定性能上升顯著；但隨纖維摻量增加至最佳值后，由于大量纖維摻入混合料中未能得到有效利用，反而易引起纖維的抱團(tuán)，影響瀝青混合料的密實(shí)度等，聚酯纖維的工作效率因此下降，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度也隨之減小。

2.3壓實(shí)功的影響

級(jí)配對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有一定影響［5］，壓實(shí)功的變化對(duì)混合料的級(jí)配也存在一定作用。規(guī)范要求制備車轍試件需要碾壓12個(gè)往返，針對(duì)實(shí)際試驗(yàn)不一定是最佳碾壓次數(shù)。為研究聚酯纖維瀝青混合料相對(duì)素瀝青混合料的壓實(shí)功影響，在4.6%瀝青用量、0.18%聚酯纖維摻量條件下，計(jì)劃設(shè)定12、14、15次往返碾壓次數(shù)下的輪碾法成型試件進(jìn)行車轍試驗(yàn)。關(guān)于試驗(yàn)結(jié)果的動(dòng)穩(wěn)定度與輪碾次數(shù)的關(guān)系如圖3。

圖3表明，本試件制備的最佳壓實(shí)次數(shù)大于12次，兩條曲線均隨輪碾次數(shù)增加先上升到最大幅值后下降，在12～16次碾壓次數(shù)范圍內(nèi)存在一個(gè)最大值，0.18%聚酯纖維摻量的瀝青混合料最佳壓實(shí)次數(shù)為14次，動(dòng)穩(wěn)定度為4320次/mm，素瀝青混合料的最佳值為13次，動(dòng)穩(wěn)定度2899次/mm。這是由于纖維作為外摻劑與瀝青混合料進(jìn)行攪拌的融合性始終低于素瀝青混合料自身的融合程度，故素瀝青混合料整體壓實(shí)度會(huì)比0.18%的聚酯纖維瀝青混合料大，當(dāng)增加碾壓次數(shù)時(shí)，素瀝青混合料首先達(dá)到最適合的壓實(shí)功大小，表現(xiàn)為動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到最大值。

聚酯纖維能夠增加瀝青混合料的粘結(jié)度，纖維細(xì)絲分布于混合料各個(gè)部位，整體的加筋效果顯著，其整體強(qiáng)度也得到提升，故在12～14次輪碾范圍內(nèi)動(dòng)穩(wěn)定度的變化幅值較大，約508次/mm，比素瀝青混合料的變化大50.2%。當(dāng)碾壓次數(shù)為16次時(shí)，素瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度小于12次的動(dòng)穩(wěn)定度，其碾壓次數(shù)過多破壞了礦料級(jí)配，降低了混合料的強(qiáng)度，而聚酯纖維混合料在16次時(shí)略大于標(biāo)準(zhǔn)次數(shù)下的動(dòng)穩(wěn)定度，仍起到一定作用。

2.4試驗(yàn)溫度的影響

溫度對(duì)路面的高溫穩(wěn)定性能有很大影響，規(guī)范采用（60±0.5）℃為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度，但在夏季，國內(nèi)的許多地方地表溫度會(huì)高于60℃。故結(jié)合以上試驗(yàn)結(jié)果，控制試驗(yàn)的溫度，以5℃為區(qū)間間隔，控制溫度為60～70℃，對(duì)纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能進(jìn)行研究。圖4為3個(gè)不同溫度條件下瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度曲線圖。

高溫條件下，路面材料的物理性質(zhì)會(huì)受到影響，整體強(qiáng)度也會(huì)有相應(yīng)改變。圖4所示，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度60℃時(shí)試件的動(dòng)穩(wěn)定度最大，溫度繼續(xù)上升，動(dòng)穩(wěn)定度線性減小，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性受到較大影響。0.18%纖維摻量的瀝青混合料在65℃、70℃的動(dòng)穩(wěn)定度分別為3428次/mm、2403次/mm，與素瀝青混合料的1830次/mm、998次/mm相比，10℃溫差內(nèi)聚酯纖維瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度下降44%，小于素瀝青混合料的66%。瀝青混合料在高溫條件下整體性能下降速率較快，聚酯纖維的摻入，相對(duì)提高混合料的高溫拉伸強(qiáng)度，剪切破壞效應(yīng)的影響隨之減小。

3　結(jié)語

聚酯纖維作為瀝青混合料的外摻劑能夠有效提高路面的高溫穩(wěn)定性能，根據(jù)試驗(yàn)得到結(jié)果如下：

（1）在標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗(yàn)得到的AC-16級(jí)配最佳瀝青使用量4.6%條件下，摻入聚酯纖維后瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度相對(duì)素瀝青混合料有明顯提高，在0.18%摻量時(shí)達(dá)到最大約3812次/mm，比素瀝青混合料提高了48.9%；

（2）瀝青混合料存在最佳壓實(shí)功，0.18%最佳摻量的聚酯纖維瀝青混合料在試件經(jīng)14次往返壓實(shí)后能夠達(dá)到最大動(dòng)穩(wěn)定度4320次/mm，而素瀝青混合料在13次壓實(shí)后達(dá)到其動(dòng)穩(wěn)定度最大值2899次/mm；

（3）高溫會(huì)降低瀝青混合料的穩(wěn)定性，從60℃上升至70℃，素瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度下降了66%，而聚酯纖維能夠提高瀝青混合料高溫條件下的穩(wěn)定性能，平均下降44%，比前者減少22%。

［1］ 曾榕彬，張遠(yuǎn)航，吳國雄.改性瀝青和聚酯纖維對(duì)AC低溫性能影響研究［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，29（5）：722-726.

［2］ 付春梅，齊善忠.摻纖維水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能研究分析［J］.中外公路，2015（2）：198-202.

［3］ 楊樹.基于BBR試驗(yàn)的纖維瀝青低溫性能研究［J］.山西交通科技，2014（6）：26-28.

［4］ 中華人民共和國交通運(yùn)輸部.JTJ E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［5］ 中華人民共和國交通部.JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［6］ 曹林濤.壓實(shí)功對(duì)級(jí)配的影響［J］.交通科技，2003（6）：34-36.

Research on High Temperature Stability of Polyester Fiber Asphalt

LIN Xi
（Xiamen Luluxing Road Greening Engineering Construction Co.，Ltd.，Xiamen 030006，China）

In order to solve the problem about the pavement rutting and upheaval which caused by the lack of high temperature stability of the pavement，The experimental study on the high temperature stability of fiber asphalt mixture was carried out by using polyester fiber as the mixture of asphalt mixture.The results show that the dynamic stability of asphalt mixture is improved about 3812（time/min）depending on 0.18%polyester fiber.The best compaction times of polyester fiber asphalt mixture is 14 times.The fall rate of dynamic stability of polyester fiber asphalt mixture is reduced by 22%against the plain asphalt mixture in the rage of 60℃to 70℃，and the high temperature stability of the mixture is enhanced.

Polyester fiber；Asphalt mixture；High temperature stability；Dynamic stability

U414.01

A

1673-6052（2016）03-0081-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.024