摘要：為了提高普通環(huán)氧瀝青混合料在橋面鋪裝中的使用性能，文章通過(guò)在環(huán)氧瀝青混合料中摻入一定量的聚酯纖維，采用室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)不同聚酯纖維摻量下環(huán)氧瀝青混合料的路用性能進(jìn)行了分析，并依托實(shí)際工程對(duì)其應(yīng)用效果進(jìn)行了驗(yàn)證。研究表明：聚酯纖維的摻入可有效提升普通環(huán)氧瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能，且隨著聚酯纖維摻量的增加，各項(xiàng)性能均呈先增后降的趨勢(shì)，均在聚酯纖維摻量為0.3%時(shí)達(dá)到最佳值；橋面鋪裝上面層采用0.3%聚酯纖維改性環(huán)氧瀝青混合料后，各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均很好地滿足規(guī)范要求，實(shí)際應(yīng)用效果優(yōu)異；綜合室內(nèi)試驗(yàn)與工程應(yīng)用研究結(jié)果，推薦聚酯纖維的最佳摻量為0.3%。

關(guān)鍵詞：橋面鋪裝；環(huán)氧瀝青混合料；聚酯纖維；路用性能；工程應(yīng)用

中文分類號(hào)：U416.03A220693

0引言

環(huán)氧瀝青的主要組成成分是石油瀝青、固化劑和環(huán)氧樹(shù)脂，其熱固性良好，物理及力學(xué)性能優(yōu)異，相比于普通瀝青路面，環(huán)氧瀝青路面在高溫穩(wěn)定性能、耐久性能、抗疲勞性能、低溫抗裂性能等方面表現(xiàn)突出，目前已廣泛應(yīng)用于橋面鋪裝中［1-3］。盡管環(huán)氧瀝青路面性能較為優(yōu)異，但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，重載交通量日益增多，超載現(xiàn)象頻發(fā)，加之我國(guó)地域廣闊，氣候環(huán)境復(fù)雜，使得橋面鋪裝層容易出現(xiàn)車(chē)轍、裂縫、坑槽等病害，嚴(yán)重限制了橋面鋪裝層的使用壽命［4-5］。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者為了提升環(huán)氧瀝青混合料橋面鋪裝層的性能做了大量研究。宋承哲等［6］采用聚氨酯作為改性劑摻入環(huán)氧瀝青中，有效提升了環(huán)氧瀝青的韌性；王倩等［7］在環(huán)氧瀝青混合料中分別摻入一定量的聚酯纖維、木質(zhì)素纖維和聚丙烯腈纖維，對(duì)比分析了以上三種纖維對(duì)混合料水穩(wěn)定性能的改善作用，研究得出聚丙烯腈纖維改善效果最優(yōu)的結(jié)論；顧曉燕等［8］研究了聚酯纖維對(duì)混合料低溫性能、抗疲勞性能的改善效果，得出聚酯纖維能夠有效提升混合料的低溫性能、抗疲勞性能的結(jié)論?？偨Y(jié)以往研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)前研究對(duì)不同纖維改性環(huán)氧瀝青混合料的綜合路用性能研究并不全面，對(duì)纖維的具體改善效果缺乏工程應(yīng)用驗(yàn)證。

本文為了提高普通環(huán)氧瀝青混合料在橋面鋪裝中的使用性能，在其中摻入一定量聚酯纖維，對(duì)不同聚酯纖維摻量下環(huán)氧瀝青混合料的路用性能進(jìn)行了試驗(yàn)分析，通過(guò)工程應(yīng)用對(duì)其實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行了驗(yàn)證，有利于高性能環(huán)氧瀝青混合料的推廣與應(yīng)用。

1試驗(yàn)材料

1.1環(huán)氧瀝青

選用海德新材料公司生產(chǎn)的環(huán)氧樹(shù)脂瀝青，其主要性能指標(biāo)如表1所示。

1.2纖維

聚酯纖維（海德新材料公司生產(chǎn)）主要性能如表2所示。

1.3集料

集料與填料分別選用玄武巖碎石、石灰石粉末，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

2.2最佳油石比確定

聚酯纖維摻量取0.1%～0.4%（纖維質(zhì)量占瀝青混合料總質(zhì)量比值）。參照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）推薦的方法，采用馬歇爾試驗(yàn)確定最佳油石比（如表5所示）。由表5可知，纖維摻量越大，最佳油石比越大，這是因?yàn)槔w維摻入后將吸附瀝青膠結(jié)料，提升了最佳油石比。

2.3試驗(yàn)方案

參照相關(guān)規(guī)范［10］規(guī)定的試驗(yàn)規(guī)程制備試件進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)。試驗(yàn)方案見(jiàn)表6。

3室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1高溫穩(wěn)定性能

車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，相比于不摻聚酯纖維的試件，摻入0.1%～0.4%聚酯纖維后，試件的動(dòng)穩(wěn)定度次數(shù)出現(xiàn)不同程度的提升，動(dòng)穩(wěn)定度隨聚酯纖維摻量增加先增后減，在纖維摻量為0.3%時(shí)達(dá)到最大值。此時(shí)，相對(duì)于不摻聚酯纖維的試件，動(dòng)穩(wěn)定度由6 758次·mm-1增加到9 737次·mm-1，動(dòng)穩(wěn)定度增加了約44%，高溫穩(wěn)定性能顯著提升。這是因?yàn)檫m量的聚酯纖維在混合料中均勻分布，構(gòu)建了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了聚酯纖維的加筋作用，增強(qiáng)了高溫抗變形能力。但是，當(dāng)聚酯纖維摻量＞0.3%后，試件的動(dòng)穩(wěn)定度迅速降低，動(dòng)穩(wěn)定度在聚酯纖維摻量達(dá)到0.4%時(shí)降低至7 591次·mm-1，此時(shí)相比于不摻聚酯纖維的試件，動(dòng)穩(wěn)定度增長(zhǎng)效果并不明顯，這是因?yàn)檫^(guò)量的纖維會(huì)導(dǎo)致纖維分散不均勻甚至出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，不能充分發(fā)揮聚酯纖維的加筋作用甚至?xí)绊懜邷乜棺冃文芰Α?/p>

3.2低溫抗裂性能

低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，相比于不摻聚酯纖維的試件，摻入0.1%～0.4%聚酯纖維后，試件的彎拉破壞應(yīng)變出現(xiàn)了不同程度的增長(zhǎng)，表明聚酯纖維可有效提升試件的低溫抗裂性能。進(jìn)一步分析可知，彎拉破壞應(yīng)變隨聚酯纖維摻量增加先增后減，在纖維摻量為0.3%時(shí)達(dá)到最大值，此時(shí)相對(duì)于不摻聚酯纖維的試件，彎拉破壞應(yīng)變由3 929 με增加到4 826 με，彎拉破壞應(yīng)變?cè)黾恿思s23%。需要注意的是，彎拉破壞應(yīng)變?cè)诰埘ダw維摻量＞0.3%后迅速降低。分析彎拉破壞應(yīng)變先升后降的原因可知：適量的聚酯纖維在混合料中均勻分布，聚酯纖維形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)混合料起到了加筋作用，有利于應(yīng)力分散，增強(qiáng)了混合料低溫抗裂性能。但是當(dāng)聚酯纖維摻入過(guò)量后，會(huì)導(dǎo)致纖維分散不均勻甚至出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，不能充分發(fā)揮纖維的加筋作用甚至?xí)绊懙蜏乜沽研阅堋?/p>

3.3水穩(wěn)定性能

浸水馬歇爾試驗(yàn)與凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，凍融劈裂強(qiáng)度比與殘留穩(wěn)定度均隨聚酯纖維摻量的增加先增后減，二者均在纖維摻量為0.3%時(shí)達(dá)到最大值，此時(shí)相比于不摻聚酯纖維的試件，凍融劈裂強(qiáng)度比與殘留穩(wěn)定度分別增長(zhǎng)了約12%與7%，表明聚酯纖維的摻入可有效提升試件的水穩(wěn)定性能。這是因?yàn)榫埘ダw維具有較大的比表面積，混合料中的自由瀝青能夠被纖維吸附，增加了粗集料的瀝青膜厚度，使集料與瀝青膠漿之間的粘附性能得到增強(qiáng)。同時(shí)，纖維的加筋作用使混合料的整體性能進(jìn)一步增強(qiáng)，抗水損毀性能由此提升。但需要注意的是，當(dāng)聚酯纖維摻量＞0.3%后，試件的水穩(wěn)定性能出現(xiàn)顯著降低，這是因?yàn)楫?dāng)聚酯纖維摻入過(guò)量后，會(huì)導(dǎo)致纖維分散不均勻甚至出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，不能充分吸附自由瀝青，提升混合料的整體穩(wěn)定性，甚至?xí)绊懰€(wěn)定性能。

3.4疲勞性能

采用應(yīng)變控制模式，應(yīng)變控制水平為600 με、800 με、1 000 με。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，三種不同應(yīng)變水平下，隨著纖維摻量的增加，試件的疲勞壽命均呈現(xiàn)先增后降的趨勢(shì)。當(dāng)聚酯纖維摻量為0.3%時(shí)，疲勞壽命均達(dá)到最大值，此時(shí)相比于不摻聚酯纖維的試件，600 με、800 με、1 000 με應(yīng)變控制水平下疲勞壽命分別增長(zhǎng)了約54%、65%、55%，說(shuō)明聚酯纖維可以顯著改善試件的抗疲勞性能。這是因?yàn)檫m量的聚酯纖維在混合料中均勻分布，聚酯纖維形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)混合料起到了加筋作用，有利于應(yīng)力分散，增強(qiáng)了混合料的抗疲勞性能。但需要注意的是，當(dāng)聚酯纖維摻量＞0.3%后，試件的抗疲勞性能開(kāi)始降低，這是因?yàn)榫埘ダw維摻入過(guò)量后，會(huì)導(dǎo)致纖維分散不均勻甚至出現(xiàn)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，不能充分發(fā)揮纖維的加筋作用。

4工程應(yīng)用

4.1工程概況

某新建預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋跨徑布置為25 m+25 m+25 m+25 m，橋面全寬18 m（行車(chē)道15 m，兩邊設(shè)置1.5 m寬人行道）?；谠摴こ啼佒?00 m聚酯纖維改性環(huán)氧瀝青路面試驗(yàn)段，試驗(yàn)段行車(chē)道橋面鋪裝結(jié)構(gòu)如圖5所示。上面層中聚酯纖維最佳摻量為0.3%，施工現(xiàn)場(chǎng)上面層所用材料、配合比設(shè)計(jì)同室內(nèi)試驗(yàn)。

4.2質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)價(jià)

試驗(yàn)路段橋面完成鋪裝后對(duì)其各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果如表7所示。

由表7可知，橋面鋪裝上面層采用0.3%聚酯纖維改性環(huán)氧瀝青混合料后，各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均很好地滿足了規(guī)范要求，實(shí)際應(yīng)用效果優(yōu)異。

5結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)不同聚酯纖維摻量下環(huán)氧瀝青混合料的路用性能進(jìn)行了試驗(yàn)分析，通過(guò)工程應(yīng)用對(duì)其實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行了驗(yàn)證，得到以下主要結(jié)論：

（1）聚酯纖維的摻入可有效提升普通環(huán)氧瀝青混合料的高低溫、水穩(wěn)定及抗疲勞性能，以上各項(xiàng)性能均隨著纖維摻量增加先增后降，各項(xiàng)性能均在纖維摻量為0.3%時(shí)達(dá)到最大值。

（2）橋面鋪裝上面層采用0.3%聚酯纖維改性環(huán)氧瀝青混合料后，各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均很好地滿足了規(guī)范要求，實(shí)際應(yīng)用效果優(yōu)異。

（3）綜合室內(nèi)試驗(yàn)與工程應(yīng)用研究結(jié)果，推薦聚酯纖維的最佳摻量為0.3%，可取得最佳路用性能與應(yīng)用效果。

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作者簡(jiǎn)介：張衛(wèi)華（1974—），高級(jí)工程師，主要從事公路建設(shè)管理工作。