瀝青混凝土應用聚丙烯腈纖維的分析

卞國龍

（安徽路橋集團交通工程有限責任公司，安徽合肥 230031）

瀝青混凝土應用聚丙烯腈纖維的分析

卞國龍

（安徽路橋集團交通工程有限責任公司，安徽合肥 230031）

聚丙烯腈纖維作為一種良好的瀝青混合料添加材料，能夠大大改善瀝青路面的粘結力、高溫穩定性、疲勞耐久性，具有防止反射裂縫和低溫防裂的性能。能夠較好地改善瀝青混合料的路用性能，該材料在瀝青混凝土中作用巨大，已經被工程界所認識和應用。

道路工程；聚丙烯腈纖維；瀝青混凝土；應用

0 前言

目前在改善瀝青混合料的路用性能上，國內出現的主要研究方向：一是通過改善瀝青性能品質來提高瀝青混合料的粘結力，增強抵抗永久變形能力，并減少感溫性；二是通過改善礦質混合料的級配來提高瀝青混合料的高溫抗變形能力；三是在瀝青混合料中加入纖維加筋材料等添加劑，以改善瀝青膠體的結構。采用改性瀝青路面，并在瀝青混合料中添加纖維穩定劑來改善瀝青混合料的使用品質已經成為一種發展趨勢。瀝青路面專用聚丙烯腈纖維的加入可以大大改善瀝青路面的粘結力、高溫穩定性、疲勞耐久性，具有防止反射裂縫和低溫防裂的性能，有效地提高抗拉、抗剪、抗壓及抗沖擊強度，同時纖維經過了抗老化和表面處理，纖維均勻分布在瀝青混凝土中，與瀝青混凝土連接緊密，起到很好的加筋作用［1］29－32。正是由于聚丙烯腈纖維具有以上的優良品質，已經在瀝青路面的施工中得到越來越廣泛的應用。

1 聚丙烯腈纖維的改性機理分析

瀝青中酸性樹脂組分是一種表面活性物質，它在纖維表面產生的物理浸潤、吸附甚至化學鍵作用，使瀝青呈單分子狀態排列在纖維表面［2］185－209。形成結合力牢固的“結構瀝青”薄膜，它比薄膜以外的自由瀝青粘性大，耐熱性好。由于纖維直徑極細，纖維及其周圍結構瀝青一同裹在集料表面，使瀝青膜厚度及性質都發生變化。纖維的“加筋”作用使瀝青混合料可以使用稠度較低的瀝青。這樣有利于減少低溫裂縫的出現［3］。

纖維對材料裂紋生長的阻滯作用。加入纖維后，纖維均勻分布在瀝青中，在縫隙和裂紋混合，形成了“橋架纖維”，裂紋擴展的能量釋放率減少，認為就是裂紋擴展受到短纖維的約束限制。由于受到纖維的咬合效應，對瀝青基體裂紋擴展起到阻滯作用，大大提高瀝青混凝土的裂縫自愈能力，大幅度延緩老化時間的損害，提高彈性恢復，減緩車轍的加深速度。

2 聚丙烯腈纖維的室內試驗

2.1 聚丙烯腈纖維的技術指標

在某高速公路TZ合同段，針對全線400m以上的大橋，設計上對瀝青面層橋面鋪張全部添加0.3%的聚丙烯腈纖維。聚丙烯腈纖維采用XY－D2高強聚丙烯腈纖維，該材料技術指標見表1。

表1 XY－D2高強聚丙烯腈纖維技術指標

選用的聚丙烯腈纖維材料，必須滿足斷裂延伸率和高溫性能指標。因為瀝青混凝土中的加強纖維須承受大幅度溫差和荷載沖擊引起的拉伸力，因此要求加強纖維具有較高的抗拉強度外，還必須具有適宜的斷裂延伸率協同瀝青混凝土的變形，避免纖維過早斷裂，失去加強筋的作用。纖維的高溫性能指標要求在瀝青混合料150℃至180℃的情況下，聚丙烯腈纖維的熔點溫度必須滿足拌和、攤鋪的溫度要求。對于中面層，試驗采用AC－20C級配，石灰巖石料，殼牌SBS改性瀝青；對于上面層，試驗采用AC－13C級配，玄武巖石料，殼牌SBS改性瀝青。上述的試驗數據表明：摻加0.3%的聚丙烯腈纖維后，混合料的劈裂強度提高了17.6%至19%；低溫小梁彎曲試驗的抗彎拉強度提高了18.8%，與劈裂強度的試驗結果十分吻合；動穩定度提高了21.1%至25.1%；而對于馬氏穩定度和浸水馬氏穩定度都有10%至20%的提高；對于殘留穩定度有3%左右的提高［4］。

3 施工方法

加聚丙烯腈纖維瀝青混凝土的施工方法與傳統瀝青混凝土的施工工藝和方法基本相同，但也存在少許區別。

3.1 添加聚丙烯腈纖維瀝青混凝土的拌和要求

（1）通過每盤熱料倉的配合比，計算出每盤混合料的質量，按照目標配合比確定的纖維用量計算每盤混合料中須投放的纖維重量，再按此重量對進場的纖維進行分裝，包裝袋采用常見的聚乙烯塑料袋［5］81－82；

（2）確定適宜的拌和時間。對于普通的瀝青混凝土，間歇式拌合設備每盤的拌和時間為30秒至60秒，加入纖維后，會使拌和時間延長10秒至15秒，其中干拌時間為25秒，濕拌時間為30秒。以混合料拌和均勻，纖維和瀝青混合料裹覆良好為準；

（3）確定適宜的拌和溫度和出廠溫度。按照瀝青路面施工技術規范要求進行控制，纖維的摻加量不需進行溫度調整。

3.2 壓實

初壓采用11t寶馬壓路機靜壓1遍，接著采用13t的寶馬壓路機振動碾壓、13t的CAT壓路機振動碾壓和XP261膠輪壓路機各壓2遍，最后用DD110靜壓2遍。由于加入纖維后瀝青混合料粘稠度增大，應比壓實普通瀝青混合料多壓2遍，或者提高攤鋪和碾壓溫度，壓路機緊跟攤鋪機作業，避免溫度下降過多，影響壓實效果［6］35－36。通過取芯做壓實度試驗，壓實度代表值在98.5%左右，完全能滿足施工技術規范和評定標準的要求。

4 結語

通過添加0.3%聚丙烯腈纖維，瀝青混合料的各項性能得到提高。改善了瀝青混合料的路用性能，延長了路面的使用壽命。從動穩定度的結果可以看出，動穩定度的大幅提高表明加入纖維后，混合料的高溫抗車轍能力可以得到明顯的改善；從劈裂試驗和低溫小梁彎曲試驗可以看出，劈裂強度和抗彎拉強度的大幅度提高表明混合料的低溫抗裂性能得到增強；而殘留穩定度的提高表明混合料的水穩定性得到改善，抗水損害能力增強。從施工過程看，添加聚丙烯腈纖維后，由于纖維的吸油性要適當增大油石比0.1%至0.3%，具體以試驗數據為準；要適當延長瀝青混合料的拌和時間。瀝青混合料的攤鋪、碾壓工藝不會因添加聚丙烯腈纖維而增加難度，施工質量的控制與未添加聚丙烯腈纖維一致。

［1］爭奇，胡長順.纖維加強瀝青混凝土幾個問題的研究和探討［J］.西安公路交通大學學報，2001，21（1）.

［2］中林等.高等級公路瀝青混凝土路面新技術［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［3］JTG F40－2004.公路瀝青路面施工技術規范［S］.

［4］JTG F80／1－2004.公路工程質量檢驗評定標準［S］.

［5］曲旭光，史保華，彭洪波.聚丙烯腈纖維混凝土性能試驗研究［J］.混凝土，2009（4）.

［6］宋喬.聚丙烯腈纖維混凝土的性能及應用前景［J］.河南建材，2010（1）.

U416.217

A

1671-8275（2011）03-0020-01

2011-02-22

卞國龍（1976-），男，安徽合肥人，安徽路橋集團交通工程有限責任公司助理工程師。研究方向：工程技術。

文 月