1 引言

瀝青路面具有噪聲小、行車(chē)舒適、路用性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于高速公路修建之中。 隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人民生活水平逐漸提高，車(chē)輛總數(shù)也在逐漸增加，導(dǎo)致早期所修建的瀝青路面出現(xiàn)高溫車(chē)轍、低溫開(kāi)裂等不同程度的路面病害。 這就要求我們所修建的道路， 必須有更強(qiáng)的承受能力和路用使用能力[1-2]。 為了解決此類(lèi)問(wèn)題，諸多道路學(xué)者從新材料、新工藝等方面進(jìn)行研究，改性瀝青是最常見(jiàn)的改性材料，如SBS 改性瀝青、聚酯纖維改性瀝青等[3]。 其中聚酯纖維改性瀝青在國(guó)外已得到大量工程應(yīng)用， 而國(guó)內(nèi)發(fā)展較慢， 故本文對(duì)其進(jìn)行研究，為道路建設(shè)事業(yè)提供建議性技術(shù)指導(dǎo)。

2 工程概況

某高速公路為雙向4 車(chē)道，路寬26m，設(shè)計(jì)車(chē)速為120 km/h，最大填高為5.3 m、最低挖深為2.5 m，平均填挖為3.6 m。 該路段通車(chē)運(yùn)營(yíng)超過(guò)10 年之久， 該路段已出現(xiàn)不同程度的裂縫、坑槽等路面病害嚴(yán)重影響路面使用。 考慮到后期養(yǎng)護(hù)難度大、成本高， 經(jīng)有關(guān)部門(mén)討論決定采用聚酯纖維改性瀝青進(jìn)行路面施工。

3 原材料性能研究

3.1 基質(zhì)瀝青

本文選取90#號(hào)瀝青作為基質(zhì)瀝青，對(duì)其軟針入度、軟化點(diǎn)等各項(xiàng)物理指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)， 檢測(cè)結(jié)果符合JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》。

3.2 集料

3.2.1 粗集料

瀝青混合料中主要起骨架支撐作用的為粗集料， 一般粗集料采用堿性巖石、大粒徑、表面粗糙等顆粒，本文對(duì)所采取粗集料壓碎值、 吸水率等物理指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)， 檢測(cè)結(jié)果符合JTG E42—2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》。

3.2.2 細(xì)集料

細(xì)集料在瀝青混合料中起到填充劑， 可保證瀝青混合料強(qiáng)度。 本文對(duì)所采取細(xì)集料進(jìn)行檢測(cè)， 檢測(cè)結(jié)果符合JTG E42—2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》。

3.3 聚酯纖維

聚酯纖維是指一種通過(guò)脂基鏈接大分子鏈中的各鏈接的一種合成高聚物， 本文所采用的聚酯纖維為Bonifibers 聚酯纖維。

4 聚酯纖維改性瀝青混合料研究

4.1 配合比設(shè)計(jì)

改性瀝青混合料路用性能的好壞和混合料組成設(shè)計(jì)是密不可分，本文按照J(rèn)TG E42—2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)，篩分結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 篩分曲線(xiàn)圖

由上述結(jié)果及上、下限級(jí)配可確定，設(shè)計(jì)級(jí)配為1#料占比35%，2#料占比未23%，3#料占比為37%， 礦粉占比為6%，根據(jù)該設(shè)計(jì)級(jí)配進(jìn)行混合料配置。

4.2 最佳瀝青用量確定

本文采用3 組不同油石比， 以0.5%為間隔， 設(shè)計(jì)5 組3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%瀝青用量，采用AC-20 級(jí)配。 在試驗(yàn)室內(nèi)制備馬歇爾試件， 并對(duì)試件進(jìn)行空隙率、 礦料間隙率、瀝青飽和度以及穩(wěn)定度等試驗(yàn)，以瀝青用量為橫坐標(biāo)，分別以密度、空隙率、穩(wěn)定度、流值、礦料間隙率、瀝青飽和率為縱坐標(biāo)，繪制關(guān)系曲線(xiàn)圖。 根據(jù)力學(xué)指標(biāo)和體積指標(biāo)確定最佳瀝青用量，瀝青用量與6 組指標(biāo)關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 瀝青用量與六大指標(biāo)關(guān)系圖

由圖2 可知，毛體積密度與瀝青用量呈線(xiàn)性上升關(guān)系，穩(wěn)定度隨著瀝青用量的增加先小幅度上升再小幅度下降， 流值與瀝青用量之間為線(xiàn)性上升，VV（瀝青混合料試件的空隙率）隨著瀝青用量增加而先降低后增高，VMA（瀝青混合料試件的礦料間隙率）隨著瀝青用量增加而線(xiàn)下降，VFA（瀝青混合料試件的有效瀝青飽和度）隨瀝青用量的增加緩慢上升。 根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合規(guī)范要求及工程經(jīng)驗(yàn)，最終確定最佳瀝青用量為4.51%。

5 聚酯纖維改性瀝青混合料路用性能研究

5.1 高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)瀝青混合料在高溫天氣下抵抗車(chē)轍的能力，良好的高溫穩(wěn)定性，可以有效抵抗路面車(chē)轍，保證路面行車(chē)舒適。 目前， 我國(guó)常用車(chē)轍試驗(yàn)檢測(cè)瀝青混合料高溫性能，以動(dòng)穩(wěn)定度評(píng)價(jià)，其計(jì)算式如式（1）所示[4]。

式中，DS 為動(dòng)穩(wěn)定度， 次/mm；d1為對(duì)應(yīng)時(shí)間t1的變形量，mm；d2為對(duì)應(yīng)時(shí)間t2的變形量，mm；C1為修正系數(shù)， 取1.0；C2為試件系數(shù)，取1.0；N 為試件輪碾速度，取42 次/min。

本文制定50 mm×300 mm×300 mm 車(chē)轍試件，在60 ℃條件下，根據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》 對(duì)聚酯纖維改性瀝青混合料車(chē)轍試件和基質(zhì)瀝青混合料車(chē)轍試件進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 車(chē)轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表1 數(shù)據(jù)可知， 在基質(zhì)瀝青混合料中摻加0%的聚酯纖維時(shí)，瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度為1 135 次/mm；在基質(zhì)瀝青混合料中摻加0.3%的聚酯纖維時(shí)， 瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度為1 656 次/mm； 在SBS 改性瀝青混合料中摻加0%的聚酯纖維時(shí)，瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度為3 012 次/mm；在SBS 改性瀝青混合料中摻加0.3%的聚酯纖維時(shí)，瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度為4 595次/mm；可得出無(wú)論在基質(zhì)瀝青混合料中添加聚酯纖維還是SBS 改性瀝青混合料中添加聚酯纖維， 聚酯纖維摻量為0.3%時(shí)均可提高瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度， 且改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度次數(shù)增加幅度大于基質(zhì)瀝青混合料。

5.2 低溫性能

為研究不同聚酯纖維摻量對(duì)瀝青混合料低溫性能影響，本文在基質(zhì)瀝青混合料中分別加入0.2%、0.3%、0.4%的聚酯纖維，并制備長(zhǎng)250 mm，寬30 mm，高35 mm 的棱柱體試件，在UTM-30 試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行小梁彎曲試驗(yàn)， 試驗(yàn)結(jié)果如表2 及圖3 所示。 根據(jù)式（2）計(jì)算試件的最大彎曲應(yīng)變[5]。

表2 小梁彎曲試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖3 小梁彎曲試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖

式中，ε（t）為試件梁底的彎拉應(yīng)變，με；h 跨中高度，mm；d（t）為試件加載過(guò)程中隨試件t 變化的跨中撓度；L 為試件跨徑，mm。

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)聚酯纖維摻量為0.2%，瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 322με；當(dāng)聚酯纖維摻量為0.3%，瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 554 με；當(dāng)聚酯纖維摻量為0.4%，瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變?yōu)? 103 με。

由圖3 可知，隨之聚酯纖維摻量增加，瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變先增加后減小，在聚酯纖維摻量為0.3%時(shí)，瀝青混合料最大彎拉應(yīng)變最大。 因此，在實(shí)際寒冷地區(qū)施工時(shí)，可摻量0.3%的聚酯纖維，增大瀝青混合低溫性能。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，得出以下結(jié)論。

1）通過(guò)聚酯纖維改性瀝青混合料研究，確定最佳瀝青用量為4.51%。

2）通過(guò)高溫車(chē)轍試驗(yàn)研究得出：在瀝青混合料中摻加聚酯纖維為0.2%時(shí)，可提高瀝青混合料高溫性能。