聚酯纖維與木質素纖維瀝青混合料路用性能對比研究

李玉峰

【摘 要】SMA是一種由瀝青、纖維穩定劑、礦粉和少量的細集料組成的瀝青馬蹄脂填充間斷級配的粗集料骨架間隙而組成的瀝青混合料。它由足夠的瀝青結合料形成具有相當勁度的瀝青瑪蹄脂膠漿填充在粗集料形成的石一石嵌擠結構的空隙中形成，具有良好耐久性和表面功能（抗滑、車轍小、平整度高、噪音小、能見高好），其使用壽命長，綜合經濟效益和環境效益好。選用SMA型瀝青混合料，從高溫性能、低溫性能、水穩性能以及疲勞性能，全面對比，為今后甘肅公路建設中纖維的選擇提供參考。

【關鍵詞】聚酯纖維 木質素纖維 SMA路用性能

近年來，甘肅省開始鋪筑SMA路面，作為SMA中的瀝青蹄脂的主要組成部分，纖維起到了重要的作用，是SMA路面不可缺少的組成部分。

1原材料

（1）瀝青。瀝青選用殼牌或SK生產的SBS改性瀝青。（2）纖維穩定劑。木質素纖維：木質素纖維為德國GKS工程纖維材料廠生產，使用時可以連包裝袋一起投入拌合樓，先與石料石粉等干拌（無需打開包裝袋），需適當延長拌合均勻。添加量為混合料質量的3‰。（3）礦料及配合比設計。礦料選用永登龍源石料廠生產的輝綠巖破碎石料，主要礦物為中性斜長石，屬中性巖石。碎石的壓碎值、洛杉磯磨耗值、磨光值等均達技術要求。礦粉及采用養護中心生產的石灰巖，各項指標滿足規范要求。

2 纖維瀝青混合料的高溫穩定性

高溫穩定性分析采用抗車轍試驗，試驗溫度為60℃，試驗輪與試件的接觸壓強為0.7MPa±0.05MPa，施加的總荷載重為78kg。試驗將成型好的車轍板在60℃土1℃條件下，保溫5h左右進行試驗，小輪行走速度為42±1次/min，測得車轍變形深度，計算動穩定度，試驗結果見表1所示。

由表1中試驗結果分析可知，高溫作用下，在同種瀝青以及級配條件下，瀝青的粘結作用及礦料的嵌擠作用基本相同，纖維自身的加筋作用因此成為高溫抗車轍性能的主要影響因素。由于聚酯纖維自身的彈性以及強度都高于木質素纖維，因此高溫條件下其對瀝青混合料的吸附及束縛要大于木質素纖維，最終使混合料的高溫抗車轍性能高于木質素纖維。

3 纖維瀝青混合料低溫抗裂性

低溫抗裂性能采用小梁彎曲試驗，成型尺寸為30mm×35mm×250nun的小梁試件，采用中點加載的方式進行試驗。試驗溫度為-10℃，在低溫水浴（防凍液）條件下保溫1h以上，進行試驗。試驗加載速率為50mm/min；低溫彎曲試驗以彎拉應變來區分瀝青，混合料的抗裂性能。試驗結果見表2所示。

由表2中試驗結果分析可知，聚酯纖維混合料和木質素纖維混合料的極限彎拉應相比，木質素纖維的效果要好一些。這主要是由于木質素纖維本身密度比聚酯纖維小，相同用量下瀝青混合料單位體積內，木質素數量比聚酯纖維多，因此低溫情況下瀝青混合料的變形撓度較大，雖然聚酯纖維增強了瀝青混合料的強度，但由于低溫情況下撓度小，最終導致了瀝青混合料的低溫彎拉應變較小。但兩種瀝青昆合料的低溫性能均滿足瀝青路面施工技術規范要求。纖維瀝青混合料水穩性能研究水溫穩定性試驗采用凍融劈裂試驗，一組試件在25t條件下浸水2h，測其劈裂強度R1；一組在0.09MPa條件下浸水抽真空15min，再在-18cC條件下保溫16h，然后放人60℃水浴中恒溫24h，再放到25℃水中浸泡2h后，測其劈裂強度H2；最后根據公式計算凍融劈裂強度比（TSR）。試驗結果見表3所示。

由試驗結果對比可知，木質素纖維的與聚酯纖維抗水損害性能相差不大，其凍溶劈裂前后的強度也較接近。表明，兩種纖維瀝青混合料都有較好的水溫穩定性。

4 纖維瀝青混合料疲勞性能分析

瀝青混合料的疲勞性能分析主要采用三分點加載小梁彎曲疲勞試驗分析，試驗用小梁試件通過輪碾儀成型70m車轍板后，切成規定50m×50m×24cm的棱柱體小梁試件。試驗采用MTS—810材料試驗機，在15℃±1cC溫度下采用頻率為10HZ的連續式半正弦波三分點加載方式進行試驗，兩支點間距150m。

試驗首先測得瀝青混合料小梁的彎拉強度，然后再在不同的應力比條件下進行試驗，得出疲勞次數，應力比為0.2-0.7；對應力水平和疲勞壽命進行雙對數回歸，得到一直線，疲勞方程的參數k和n

即為直線的截距和斜率。n值越大，疲勞曲線越陡，表明疲勞壽命對應力水平變化越敏感；k值表明了疲勞曲線的線位高低，其值越大，疲勞曲線的線位越高，材料的抗疲勞性能越好。這樣，瀝青混合料的疲勞特性可通過疲勞方程的兩個參數k和n來反映，試驗結果如表2和表3所示。其計算公式如表4所示。

由表中試驗結果可知，聚酯纖維對應力水平的變化敏感程度比木質素纖維高，抗疲勞性能比木質素纖維的要低。分析原因與低溫抗裂性類似，單位體積瀝青混合料中，木質素纖維數量相對較多，常溫情況下兩種纖維斷裂相同數目后，木質素纖維剩余量較多，加筋效果相對較好。

5 結語

由兩種纖維的試驗結果對比分析可知，兩種纖維的各項指標均滿足瀝青混合料施工技術規范的要求，可用用于高速公路的施工。但兩者相比，聚酯纖維的高溫穩定性優于木質素纖維，低溫抗裂性能及抗疲勞性能略低于木質素纖維，兩種纖維瀝青混合料的抗水損害性能均較好。因此，在高溫性能要求較高的地區可以選用聚酯纖維，正常地區宜選擇價格相對便宜的木質素纖維。

參考文獻：

[1]廖衛東等.聚酯纖維對SMA性能影響的研究[J].公路，2004，（4）：124—126.

[2]陳華鑫.纖維瀝青混凝土路面研究[D].西安：長安大學，2002.

[3]孫略論.聚酯纖維瀝青混凝土動態模量的試驗研究[D].大連：大連海事大學，2-6.

[4]彭波等.纖維瀝青混合料特性的試驗研究[J].中外公路，2006，（1）：128—130.

[5]李海軍，呂偉民等.纖維在SMA混合料中作用機理分析與試驗研究[J].石油瀝青，1998（12）：1—8.