纖維對瀝青混合料結構及路用性能的影響研究

【摘 要】在瀝青混合料中添加纖維不僅改善了自身的路用性能，同時其結構參數也會發生相應變化。本文以兩種常用的路用纖維為基礎，通過室內試驗研究，分析纖維的類型和劑量對瀝青混合料的物理、力學參數以及其路用性能影響的特點和變化規律，揭示了纖維瀝青混合料力學參數的特點和路用性能的本質，提出纖維瀝青混合料在設計、施工提高工程質量的措施和方法，為纖維瀝青路面的推廣應用提供參考。

【關鍵詞】纖維瀝青混合料；路用性能；結構參數；影響規律

Fiber performance impact study of the structure and the asphalt road

Zhao Feng

（Luohe Highway Administration Luohe Henan 462000）

【Abstract】Adding fiber in the asphalt mix not only improved their road performance， while its structural parameters will change accordingly. In this paper， two commonly used fiber channel， based on research by laboratory tests， analysis of the characteristics and changes of the fiber type and dosage of asphalt physical and mechanical parameters and their influence road performance， revealing the fiber asphalt mixture Features and road performance mechanical parameters intrinsically proposed fiber asphalt mixture design， construction improve project quality measures and methods， to provide a reference for the popularization and application of fiber reinforced asphalt pavement.

【Key words】Fiber asphalt；Road performance；Structural parameters；The influence of

1. 前言

（1）路用纖維不僅能夠改善瀝青混合料的高溫、低溫等路用性能，也因為其設計方法簡單、對原材料的要求較低、施工工藝改變較少在道路工程中受到越來越多的青睞。目前，我國在纖維產品以及相應的配套設備等已經有了一整套成熟的研究成果和使用經驗，路用纖維的應用已由最初的道路面層的纖維瀝青混凝土到橋梁的瀝青加鋪層、水泥混凝土路面和機場跑道罩面等，再到各式各樣的瀝青混合料中，如 SMA 路面、薄層或超薄層的瀝青混凝土、多孔性瀝青混凝土 （OGFC）、稀漿封層和雙層防裂上鋪層等[1]。用于瀝青混合料的纖維種類很多，但大多選用木質素纖維、礦物纖維或聚合物纖維，我國為此還分別頒布了 《瀝青路面用木質素纖維》 JT/T533-2004 和《瀝青路面用聚合物纖維》 JT/T534-2004。

（2）纖維瀝青混合料的設計、施工與普通瀝青混合料主要過程比較類似，但纖維瀝青混合料的特殊性決定了兩者還是存在差別。摻加纖維后瀝青混合料的物理指標和路用性能均發生相應的改變，如果不能系統分析纖維對瀝青混合料指標體系的影響，就會在纖維瀝青混合料的設計和施工中無法準確把握其精髓，可能會由于這樣或那樣的原因而導致混合料力學性能和路用性能的降低。

（3）本文選用兩種常用的路用纖維，通過室內研究分析纖維的類型、劑量對瀝青混合料的物理、力學參數進行規律性研究，結合對路用性能的影響變化規律分析，以期能準確了解和把握纖維瀝青混合料力學參數的特點和路用性能的本質，為纖維瀝青混合料的設計、施工提供參考。

2. 研究方案和材料選擇

本文選用公路中常用的木質素纖維和聚合物纖維作為研究基礎，木質素纖維為國產的松散裝木質素纖維，聚合物纖維為國外進口的聚酯纖維[2]。瀝青混合料類型選擇AC-10型，級配見表1。瀝青為 SBS 改性瀝青，集料選用玄武巖，礦粉為石灰巖磨細而成。添加纖維到瀝青混合料中的方法有干拌法和濕拌法兩種，本文選取拌合效果好、易于分散的干拌法。首先，將烘干到預定溫度的集料放入拌合鍋內進行簡單攪拌，接著添加需要數量的纖維進行混合、分散攪拌，最后再添加瀝青和礦粉拌合均勻。

3. 纖維對瀝青混合料路用性能影響分析

3.1 纖維對馬歇爾試驗結果的影響。

（1）由圖1發現，當油石比較小時 （例如<4.5%），在相同油石比下，纖維瀝青混合料的馬歇爾穩定度低于普通瀝青混合料，尤其高劑量 （例如聚酯纖維>0.35%，木質素纖維>0.45%） 纖維瀝青混合料的馬歇爾穩定度減小幅度較大；當油石比較大時，相同油石比下纖維瀝青混合料的馬歇爾穩定度高于普通瀝青混合料，這說明油石比較小而纖維劑量較大時，瀝青用量不夠，纖維吸收不充分，無法增大集料表面裹覆的結構瀝青膜的厚度，不能有效改善瀝青的穩定性，因而纖維瀝青混合料的馬歇爾穩定度反而有所降低，而隨著瀝青用量的增加，纖維的改善作用得以充分發揮，混合料的穩定度也有了較大的增加[2]。

（2）圖2說明，馬歇爾穩定度隨纖維劑量的增加有一個峰值，兩者的峰值對應的劑量基本在 0.2%～0.4%附近，添加過多的纖維可能會由于試件的擊實效果，影響到混合料內部結構而使穩定度下降。

（3）分析圖3和圖4，隨著纖維劑量的增加，流值逐漸增大，這可能是由于纖維的加入使瀝青混合料結構韌性加大從而導致在承受馬歇爾荷載時能夠有較大的變形，尤其是劑量大時特征越明顯。

3.2 纖維對瀝青混合料高溫性能的影響分析。

（1）圖5 可知，纖維的添加可以較好地改善瀝青混合料高溫性能，但改善的效果因纖維種類而不同，從整體上來說，瀝青混合料添加聚酯纖維比木質素纖維效果好[3]。纖維瀝青混合料的動穩定度與纖維的劑量有一個峰值，兩者比較理想的劑量均在 0.2～0.4%，當纖維劑量較小時纖維瀝青混合料的動穩定度和普通瀝青混合料的相比增加不明顯，當瀝青混合料中含有一定的劑量 （超過0.15%） 時，就具有一定的改善效果；當纖維劑量超過合理范圍 （大于0.4%） 時，會由于纖維膠結和橋接的影響而使混合料的成型困難、壓實難度增大，從而導致動穩定度下降，而且高劑量纖維需要昂貴的經濟代價，顯然也是不合理的。

（2）圖6反映了不同類型纖維瀝青混合料的油石比與動穩定度的關系。按動穩定度值來分析，聚酯纖維的最佳油石比小于木質素纖維大概0.2%左右；從對動穩定度的敏感性分析，聚酯纖維對混合料動穩定度敏感程度要大于木質素纖維，這就要求在施工聚酯纖維瀝青混合料時對施工工藝的質量要求更高，尤其是對瀝青混合料的油石比控制。

3.3 纖維對瀝青混合料低溫性能的影響分析。

（1）瀝青混合料在摻加纖維后可以比較好的提高瀝青混合料的低溫抗裂性能。圖7說明，纖維對瀝青混合料低溫性能的改善聚酯纖維要優于木質素纖維。對于纖維瀝青混合料來說，當纖維劑量較小時，瀝青混合料的低溫彎曲應變提高的幅度比較大，當超過一定界限，低溫性能基本不變化甚至可能下降，聚酯纖維的界限是0.225%，木質素纖維是 0.3%。

（2）圖8說明了纖維瀝青混合料的低溫性能隨油石比變化的規律，要想得到較好的低溫性能，木質素纖維混合料的油石比要略高于聚酯纖維；從敏感性分析，聚酯纖維混合料的低溫性能對油石比的變化的敏感程度低于木質素混合料，尤其是瀝青用量偏多時。

3.4 纖維劑量與水穩性的關系。

（1）瀝青混合料的水穩性采用殘留穩定度和凍融劈裂試驗來分析。圖9和圖10顯示纖維混合料的殘留穩定度、凍融劈裂強度與纖維劑量的關系。

（2）圖9和圖10均說明瀝青混合料中摻加纖維對水穩性的改善具有一定的效果，而且隨纖維劑量的增加，改善效果存在一峰值[4]。依據殘留穩定度試驗結果，摻加木質素纖維的效果要好，最佳劑量木質素纖維為0.3%，聚酯纖維為0.35%；依據凍融劈裂試驗結果，摻加聚酯纖維的效果要好，最佳劑量聚酯纖維為0.225%，木質素纖維為0.4%。

（3）綜上分析，纖維瀝青混合料有一個合理的劑量，可以比較好的改善高溫、低溫以及水穩性能。結果表明，聚酯纖維的劑量以小于0.225%，木質素纖維以小于0.3%為宜。

4. 結論和建議

依據本文的研究結果，可以得出以下結論：

（1） 瀝青混合料在加入纖維后降低了密度隨油石比變化的敏感性，但是當纖維劑量過大時，密度降低幅度加大但對瀝青的敏感性又有所提高。

（2） 纖維的添加可以較好地改善瀝青混合料高溫性能，但改善的效果因纖維種類而不同，從整體上來說，瀝青混合料添加聚酯纖維有比木質素纖維效果好，聚酯纖維對混合料動穩定度敏感程度要大于木質素纖維。兩者纖維比較理想的劑量均為0.2～0.4%。

（3） 依據纖維對瀝青混合料低溫性能的改善效果，聚酯纖維要優于木質素纖維；聚酯纖維混合料的低溫性能對油石比的變化的敏感程度低于木質素混合料，尤其是瀝青用量偏多時。

參考文獻

[1] 周亮，等.纖維對瀝青混合料高溫性能影響分析，武漢理工大學學報，2008.

[2] 張宜洛，等. 施工溫度對纖維瀝青混合料性能指標的影響規律研究，公路，2006.

[3] 李 偉，凌天清等.路面纖維瀝青應力吸收中間層試驗研究重慶，重慶交通大學學報，2009.

[4] 李坤，李玉華. 纖維封層層間粘結強度形成機理[J]. 公路交通技術，2009.

[基金項目]河南省2013年科技發展計劃項目（132102210464）：瀝青路面纖維增強封層關鍵技術研究。

[文章編號]1619-2737（2015）06-16-396

[作者簡介] 趙峰（1969-），男，籍貫：河南上蔡人，學歷：本科，職稱：高級工程師，長期從事公路工程技術與管理工作。