戚旭波孙忠波
（慈溪市浒山街道办事处315300）
（宁波市交通规划设计研究院有限公司315192）
[摘要]聚酯纤维作为一种良好的沥青混合料添加材料，在沥青路面中已开始应用。本文结合工程实例试验分析了掺加聚酯纤维后对沥青混合料性能的影响。
关键词：聚酯纤维沥青混合料路用性能
1．概述
随着公路建设的不断发展，对沥青混凝土路面的使用品质和要求也越来越高。并且由于交通量的不断增加、超载车辆又尚未得到有效控制，因超载而加重路面裂缝、车辙、雨季水稳性差等已成为沥青路面早期病害的主要表现。因此，人们在不断探索采用新的方法和措施改善沥青混合料的路用性能。本文就沥青混合料中掺加聚酯纤维后对沥青混合料性能的影响作试验分析，以达到指导实际工程应用的目的。
2.工程情况
329国道慈溪段畅通工程一期实施长度10公里，设计路面上面层采用5cm厚AC-16密级配沥青混凝土，掺加0.3%聚酯纤维。为进一步分析聚酯纤维的路用性能，分析在提高沥青路面的抗车辙、抗反射裂缝、抗疲劳能力，改善沥青混合料的使用性能等方面的研究，以便在其它工程中推广应用。我们采用实际工程行车道上面层AC-16沥青混合料做了掺加路用聚酯纤维的试验，对沥青混合料中加与不加路用聚酯纤维材料进行相关的试验研究分析。
3.试验内容
本研究试验包括沥青混合料的最佳沥青用量试验、马歇尔试验、水稳性试验、高温稳定性和渗水系数试验、低温抗裂性能试验、沥青混合料肯塔保飞散试验等。
4.试验原材料
沥青混合料采用实际工程中使用的AC-16级配类型，粗集料和细集料采用上虞的玄武岩，性能级配均符合《公路沥青路面施工技术规范》的要求。沥青采用埃索70号道路石油沥青。聚酯纤维采用地产DCPET路用纤维，外观为白色长丝，单丝的直径为24.32μm，该纤维的抗拉强度达560Mpa，熔点为2530C，燃点为5560C，吸油率为纤维质量的4.56倍。
5.试验结果
5.1沥青混合料的施工温度
利用Brookfield旋转粘度计通过在1350C、1500C及1750C条件下测定其相应的表观粘度，绘制粘度-温度曲线确定沥青混合料最佳拌和温度为1570C-1620C，沥青混合料最佳压实温度为1460C-1500C。
5.2沥青混合料的最佳沥青用量
为了验证拟定级配的可行性，级配取上限、下限和中值三个级配；同时考虑到试验的可比性及沥青混合料中掺纤维的因素，对集料严格分档筛取，压实方式采用Superpave旋转压实，根据329国道期望交通量，旋转压实参数采用Nmin=8次，Ndes=100次，Nmax=160次。
普通沥青混合料面每一级配分别以3.5%、4.0%、4.5%、5.0%和5.5%的沥青用量试验；DCPET路用聚酯纤维加强沥青混合料，考虑到纤维的吸油特性，每一级配分别以4.0%、4.5%、5.0%、5.5%和6.0%的沥青用量试验。
经试验，推算出DCPET路用聚酯纤维加强沥青混合料当空隙率VV=4%时各级配最佳沥青用量为：级配上限4.71%、级配中值4.60%、级配下限4.65%。
5.3马歇尔和水稳定性试验
根据SGC压实测试获得每种类型每个级配的最佳沥青，按JTJ052-2000试验规程和确定的混合料拌和温度及压实温度下成型马歇尔试件，测定其试件的毛体积相对密度、计算空隙率、矿料间隙率、有效沥青饱和度等体积组成，并且测定马歇尔稳定度和流值指标；同时进行浸水马歇尔试验（600C，48h），测定其残留稳定度。采用双面各击75次成型马歇尔试件作冻融劈裂强度比测定。试验结果如下：
注①：当VV=4%时，VMA≥13.5%；当VV=5%时，VMA≥14.5%。
5.4高温稳定性和渗水系数试验
根据沥青混合料的种类、级配和最佳沥青用量及对应的毛体积相对密度，用轮碾法成型车辙试块，依据试验规程JTJ052-2000中T0730方法，测定试件的渗水系数和在0.7MPa、600C的条件下进行车辙试验，以动稳定度来评价混合料的高温稳定性，试验结果如下：
5.5低温抗裂性能试验
本试验仅做了掺纤维的沥青混合料低温弯拉试验。试验根据每种级配和相应的沥青用量成型300mm×300mm×50mm试件，再切割成长250mm，宽30mm的棱柱体试件，在环境温度为-100C下放置5小时，用加载速率为500mm/min进行弯曲试验，试验结果如下：
5.6沥青混合料肯塔保飞散试验
本试验是评价沥青用量或粘结性不足，在交通荷载作用下，路面表面集料脱落而散失的程度，以此来反映纤维对沥青混合料结构的加强作用及抗松散能力，试验结果如下：
5.7Superpave的Nmax验证
Superpave要求Nmax下混合料的毛体积相对密度不超过最大相对理论密度的98%，规定Nmax下的最大毛体积密度是为了防止混合料在交通荷载下过度的压实，成为塑性体从而产生永久变形。Nmax代表相当于或大于设计交通量的压实度，从而保证不会发生过度的压实。现将各级配的SGC压实结果汇总如下：
6.试验结果分析
通过以上一系列的对比试验，沥青混合料中掺加一定量的DCPET路用纤维对沥青混合料路用性能有一定程度上的改善：
⑴马歇尔稳定度有所提高，但同时流值也相应增大，如：中值级配稳定度从18.45KN提高到19.36KN，同时流值从3.43mm增加到3.77mm；下限级配稳定度从17.70KN提高到18.39KN，同时流值从3.32mm增加到3.80mm。油石比随纤维用量的增大而增大，表明纤维吸收和吸附沥青，并随纤维含量的增大而增大。
⑵沥青混合料的水稳定性：从残留稳定度、冻融劈裂强度比及浸水飞散试验结果看，其水稳定性有大幅度提高。如：残留稳定度：中值级配从90.8%提高到97.8%，下限级配从94.5%提高到97.6%；冻融劈裂强度比：上限级配从75.4%提高到83%，并且掺纤维后，其冻融劈裂强度比趋势：下限>中值>上限。从浸水飞散试验结果看：下限级配损失从8.9%下降到2.8%。
原因分析是因为纤维吸收和吸附沥青，增加混合料中的结构沥青含量，减少自由沥青含量，提高了沥青与集料的粘结作用力，加强沥青混合料中沥青与集料形成的界面膜抵抗水份剥离作用的能力。
⑶车辙试验和渗水试验分析：
a.沥青混合料高温稳定性近倍增长，同时车轮凹槽深度减少。如上限级配从DS=705次/mm提高到1860次/mm，同时车槽深度从4.588mm下降到期2.940mm；中值级配从DS=1381次/mm提高到1959次/mm，同时车槽深度从3.526mm下降到2.709mm；下限级配从DS=1714次/mm提高到3156次/mm，同时车槽深度从3.214mm下降到2.204mm。单从掺纤维型趋势分析：其动稳定度：下限>中值>上限；同时车辙凹槽深度：上限>中值>下限。
b.从渗水试验结果看，其抗渗性略有提高。
c.从成型试件过程和外观看：掺纤维型混合料碾压遍数比普通型的近增加25%，外观：上限级配最细密、光面，下限级配为稍粗糙、平整，中值级配位于两者之间。
⑷从低温抗裂性能试验，掺纤维型的沥青混合料低温破坏应变均满足技术规范不小于2000με的要求，其趋势为中值级配>下限级配>上限级配。加入纤维后低温抗裂性能提高是因为纤维吸附沥青，较高的沥青含量使混合料在低温收缩时具有较好的低温延展性、减缓沥青老化，延长路面使用寿命，另一方面纤维本身具有抗拉效果，在混合料中起到“加筋”作用，也使沥青混合料具有较好的低温抗裂性
⑸从沥青混合料肯塔保飞散试验看，标准飞散损失：普通型>掺纤维型。说明掺纤维后改善了沥青对矿料的粘附性，起了加固作用。
⑹掺纤维后沥青用量比普通沥青混凝土宜增加0.2%左右；纤维掺量为矿料的0.20%-0.25%。在施工中，一定要严格控制拌和温度和碾压温度，同时确保纤维在沥青混合料中的分布均匀。
⑺级配趋势宜取中值与下限级配之间；或满足关键性筛孔控制点，同时<2.36mm部分可往级配限制区以下走。
7.结语
通过添加路用聚酯纤维，使沥青混合料的各项性能得到了提高，尤其是对高温稳定稳定性能指标提高较明显，可提高路面的抗车辙能力；从施工过程看，掺纤维后，要适当延长沥青混合料的拌和时间和控制其拌和、碾压温度，但沥青混合料的摊铺工艺和质量控制不会因添加纤维而增加难度。添加聚酯纤维后，沥青路面的长期使用性能，尤其是沥青路面的长期抗车辙能力，还将通过长期观测加以论证。