聚酯纖維對瀝青混凝土性能的影響及施工

冉紅平

(岢臨高速公路建設管理處，山西臨縣 033200)

近年來，我國經濟飛速發展，公路建設和城市道路建設方興未艾。路面行車更安全、更舒適以及更耐久，是人們對路面質量提出的新要求。瀝青路面是我國最主要的路面結構形式之一，在我國得到了廣泛應用。瀝青路面具有路面平整、行車舒適度高、噪聲低等特點，在我國的高等級公路中占90%左右。然而，由于我國經濟快速發展，汽車保有量迅猛增長，公路交通量大幅增加，另外隨著汽車軸重的增加，交通渠化等各種原因，我國瀝青混凝土路面的早期損壞十分嚴重。在我國，很多還不到年限的瀝青路面出現了諸如車轍、開裂、坑槽等病害。這使得我國瀝青路面使用壽命大大縮短、服務水平急劇下降。如何能夠有效的提高混凝土抗裂能力、改善抗疲勞性能等路用性能，是需要解決的一個難題。

研究發現，纖維作為一種高強、耐久、質輕的增強材料，能極大的提高瀝青路面的力學性能，并延長路面使用壽命。按照國外的經驗，在瀝青混凝土中加入聚酯纖維，相比傳統混凝土，具有更優的機械性能和耐化學性，可極大的改善瀝青路面的高溫穩定性及疲勞耐久性，克服瀝青面層早期病害，有效解決車轍、裂縫、路面推移等多種路面“頑疾”，大大延長路面使用壽命，具有良好的社會效益及經濟效益。

1 聚酯纖維的性能

聚酯纖維，英文:polyester fibre，是由有機二元酸和二元醇縮聚成的聚酯經紡絲后所獲得的一種合成纖維(見圖1)。

圖1 聚酯纖維的生產流程

聚酯纖維具有良好的工程應用性能。聚酯纖維的抗拉強度不小于520 MPa，具有極強的抗拉性;熔點不小于255℃，燃點不小于556℃，具有極強的耐高溫性;在溫度－40℃ ～255℃的范圍內，不會產生收縮變形或失去強度;纖絲長度6.35 mm左右，具有良好的柔韌性，不會產生卷曲，工程中利于攪拌。

在瀝青混凝土中加入聚酯纖維，應用其強度高、耐腐蝕、耐高溫、瀝青握裹力強等優勢，可有效提高瀝青混合料的力學性能。在聚酯纖維瀝青混凝土內部，數量巨大的纖維單絲起到加筋和橋接作用，可有效的克服瀝青面層早期病害，大大的延長路面使用壽命。

聚酯纖維瀝青混凝土具有廣泛的應用范圍。可用于新舊瀝青混凝土路面罩面、橋面鋪設瀝青混凝土磨耗層及氣膜層、舊瀝青路面和舊水泥路面的薄層瀝青混凝土罩面、機場跑道與停機坪的加強、路面補強和修復、路沿加強等工程應用中。

2 聚酯纖維的作用原理

聚酯纖維作為一種改善瀝青路面性能和延長路面使用壽命的新材料，能夠牢牢控制瀝青混凝土的微觀裂紋，大大改善瀝青路面的路用性能。據賓夕法尼亞州州立大學的研究和在公路中的實踐，較普通混合料，可以將疲勞壽命提高25% ～45%，車轍量減少45%～53%。

2.1 早期路面破壞形式

在早期的路面破壞中，裂縫、車轍及搓板路是主要的病害形式。

裂縫主要包括荷載裂縫和溫縮裂縫(見圖2)。

圖2 裂縫成因示意圖

1)荷載裂縫。路面車輛行駛時，在荷載作用下，半剛性基層的底部就會產生拉應力。當半剛性基層的強度不足以抵抗拉應力時，在基層底部就會產生裂縫。隨著行車載荷的反復作用，路基底部的裂縫就會逐漸擴展到路面表面，從而形成路面裂縫。

2)溫縮裂縫。瀝青混凝土剛度大，容易產生溫縮裂縫。當氣溫降低時，瀝青產生收縮變形，形成收縮拉應力。當瀝青混凝土的抗拉強度不足以抵抗收縮拉應力時，就會在路面形成裂縫，其中橫向裂縫居多。

路面車轍病害(見圖3)，主要是由于瀝青混合料的粘滯流動導致的。當氣溫較高時，瀝青路面在行車載荷的反復作用下，就會產生橫向剪切變形，形成剪應力。當瀝青路面的強度不足以抵抗載荷產生的剪應力時，特別是重載車輛頻繁通過時，就會在路面形成車轍。

搓板路面，主要是由于瀝青混合料的熱穩定性不足導致的。當瀝青混凝土路面的熱穩定性不足時，在行車載荷的反復作用下，就會在沿著車輪前進的方向形成推移波浪，俗稱搓板路。

普通的瀝青路面，路面易損壞、易泛油、冬天易開裂、多雨地區易剝落，既影響了道路的順利暢通，又耗費了大量人力物力，嚴重制約著我國公路事業的發展。

圖3 車轍成因示意圖

2.2 聚酯纖維的作用機理

將聚酯纖維摻入普通的瀝青混合料中，能夠改善瀝青路面的高溫穩定性、疲勞耐久性，并具有低溫抗開裂和防止反射裂縫出現的效果。

聚酯纖維在混凝土中的作用:

1)增強承受拉應力。聚酯纖維具有較好的高溫穩定性與斷裂延伸率。在－40℃ ～250℃的溫度范圍內，不脆化、不軟化、不變形，通過與骨料的咬合作用，形成較大的摩擦角。利用與瀝青握裹力強的優勢，通過粘結料的粘聚，可將路基產生的拉應力有效的傳遞給纖維，并主要由纖維來承擔，從而使得路面上的行車載荷對路基的作用實現及時分散。

2)提高集料之間的粘結力。每根聚酯纖維兩端具有明顯的凸起，似“觸角”狀，利于纖維在瀝青中形成很強的橋接和加筋作用;纖維在混合料中以三維分散存在，瀝青呈單分子狀排列在纖維表面，形成結合牢固的結構瀝青薄膜，使得瀝青在纖維表面產生物理浸潤、吸附、擴散及鍵合作用，增加瀝青與礦料的粘附性，增強加強筋效果。

3)提高瀝青的穩定性。在聚酯纖維瀝青混凝土內部，纖維的三維分散排列大大增加了混合料的總比表面積，瀝青吸附在纖維表面，使瀝青膜處于穩定狀態。在夏天高溫季節，纖維阻礙了瀝青的軟化，使瀝青變稠，不至于成為自由瀝青而泛油。

以在每噸瀝青混合料中摻入2.25 kg的聚酯纖維為例，在形成的瀝青混合料中，有18億根以上的聚酯纖維在瀝青基體內呈三向隨機分布，所形成的三維立體纖維骨架結構網，可有效的增加結構瀝青比例，減薄自由瀝青膜，提高瀝青膠漿的粘結性能，有效抑制瀝青混凝土的開裂、車轍等早期病害，大幅提高瀝青路面的耐久性，延長路面使用壽命。

3 聚酯纖維瀝青混凝土的施工工藝

使用摻加聚酯纖維的瀝青混凝土路面，外觀與普通瀝青混凝土路面基本相同，但路面的耐久性能得到了極大提升。

3.1 纖維混凝土與傳統混凝土施工的不同

摻加聚酯纖維的瀝青混凝土路面的施工與傳統瀝青混凝土路面的施工基本相同，但在施工中也存在區別。本文對這兩種路面的施工不同點進行介紹:

1)增加纖維添加設備。在摻加聚酯纖維的瀝青混凝土路面施工中，與傳統的瀝青混凝土的施工設備相比，須增加專用的纖維添加設備。在纖維瀝青混凝土中，纖維在混合料中所占的比重很小，但纖維摻加量的準確是確保施工質量的一個重要因素。在施工中，纖維摻加量的不均勻會導致混合料用油量的波動。因此，為確保施工質量，對纖維摻加設備的精度自動化要求就很高，盡量采用具有自動計量和控制功能的添加設備。

2)拌和。施工工藝與不添加纖維時基本相同，只是由于纖維的加入，需要延長干拌、濕拌時間。將纖維與集料同時加入攪拌機，先干拌25 s～30 s，以確保纖維與集料拌合均勻;再濕拌30 s，以實現纖維和瀝青混合料的良好裹覆。

3.2 纖維瀝青混凝土施工中的注意事項

1)施工各工序合理的時間安排。在聚酯纖維瀝青混凝土的施工中，拌合時間延長，使得拌和設備的生產能力下降20% ～30%，如拌合能力不進行調整，則會使得施工周期延長。因此，在進行施工計劃編制時，必須綜合考慮拌合設備、拌合能力以及基層施工等多種因素，合理統籌考慮時間安排。可通過增加拌和設備、提高拌和能力或加快基層施工等方式，確保瀝青面層具有充分合理的施工時間。

2)根據目標配合比確定纖維用量，必須確保稱量的準確性。纖維摻加量是影響混合料質量的一個重要方面。可根據生產中每盤混合料應使用纖維的量進行分裝，使用時無須打開包裝，直接按比例加入，方便安全。

3)確定混合料適宜的拌和及出廠溫度。在纖維瀝青混合料的施工中，溫度控制是特別重要的一個環節，是影響施工質量的一個重要因素。在施工中，混合料的出廠溫度控制在130℃ ～160℃為宜;當使用改性瀝青時，應再將出廠溫度提高10℃ ～15℃為宜，但是纖維的摻加不必進行溫度調整。

4)碾壓。在瀝青混合料中摻加聚酯纖維后，混合料的粘稠度增大。因此，在碾壓時，可在普通瀝青混合料碾壓遍數的基礎上再增加1遍～2遍，確保壓實效果達到設計要求。在施工中，也可以提高攤鋪和碾壓溫度，由壓路機緊隨攤鋪機之后立刻進行碾壓作業，避免溫度下降過多，降低壓實效果。

4 結語

將聚酯纖維摻入瀝青混合料中，由于聚酯纖維具有良好的吸附、穩定及加筋效果，大幅的提高了瀝青路面的高溫穩定及低溫抗裂等性能，對于提高路面的抗車轍及疲勞耐久性，延長路面使用壽命具有重要意義。在國外，纖維瀝青混凝土路面得到了成熟的應用。在我國，從20世紀90年代開始也逐步使用，由于該路面具有良好的路用性能，應用前景廣闊，應用范圍也將越來越廣泛。

［1］百度文庫——加聚酯纖維瀝青混凝土的施工方法，http：//wenku.baidu.com/view/0a561163caaedd3383c4d3d7.html，2014-02-22.

［2］瀝青混凝土內摻加“聚脂纖維”在華北油田會戰道工程中的應用，http：//www.c－ bm.com/price/shownews.aspx?pnt=2＆id=1121343，2014-02-22.

［3］鄭儒海，王延偉，張登鋒，等.纖維增強瀝青混凝土高溫性能研究［J］.國外建材科技，2006(7)：39-41.