聚酯纖維排水性瀝青混合料水穩定性研究

張嶺嶺 （洛陽科技職業學院，河南 洛陽 471000）

0 引言

排水性瀝青路面起源于歐洲，其空隙率在18%～25%之間，具有良好的行車安全性和舒適性，能夠減少交通事故，并且可以降低車輛行駛時產生的噪音，緩解城市“熱島效應”，是一種安全環保型路面。然而，排水性瀝青路面特有的大空隙結構使得其更容易受到水的侵蝕而損壞，使其劈裂抗拉強度降低，產生飛散、剝落等病害，進而影響其正常使用，在季節性冰凍地區這種破壞更為明顯。為此，借鑒國外路面的先進技術，在瀝青路面中摻加纖維是一種切實可行并有效的方法。20世紀70年代，歐美等許多國家對瀝青路面路用纖維的研究達到高潮。我國自20世紀90年代以來也開始進行了聚酯纖維瀝青混凝土的研究，且已經應用于高等級公路路面工程中。聚酯纖維可以在一定程度上能增大瀝青用量，提高瀝青混合料的劈裂抗拉強度和水穩定性，對延長路面的使用壽命具有重要意義。因此，在已有研究成果的基礎上，研究不同聚酯纖維摻量對排水瀝青混合料強度的影響程度及變化規律，以確定聚酯纖維的最佳摻量，提高排水瀝青路面的耐久性和經濟性。

1 試驗

1.1 試驗材料

集料采用石灰巖，其主要技術指標如表1所示，礦粉由石灰巖磨細得到，礦粉占集料的質量百分數為4%，瀝青采用SBS改性瀝青，其主要技術指標如表2所示。纖維采用潤方路用聚酯纖維，聚酯纖維摻量為 0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%。聚酯纖維主要性能指標如表3所示，其外觀如圖1所示。

集料技術指標 表1

SBS改性瀝青技術指標 表2

聚酯纖維性能 表3

圖1 聚酯纖維

1.2 集料級配

集料級配采用《透水瀝青路面技術規程》（CJJ/T 190-2012）中的細粒式PAC-13，各粒徑通過率取中值，如表4所示。

集料級配 表4

1.3 瀝青用量

初始瀝青用量按式(1)和式(2)計算，其中瀝青膜厚h=14μm。

式中：P—初始瀝青用量；

h—瀝青膜厚；

A—集料總的表面積；

a,b,c,d,e,f,g—分別為4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm，0.075mm篩孔的通過率。

經計算初始瀝青用量為5%。在初始瀝青用量的基礎上以0.5%為變量，設置5組瀝青用量分別為4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%，進行謝倫堡析漏試驗，根據試驗結果得到瀝青用量與析漏損失的關系曲線，求出最佳瀝青用量。試驗得出聚酯纖維摻量0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%的最佳瀝青用量分別為4.9%、5.0%、5.1%、5.2%、5.3%。

1.4 試驗方案

對排水性瀝青混合料試件進行凍融劈裂試驗，根據凍融劈裂抗拉強度比來評價其水穩定性，每種纖維摻量采用擊實法同時制作8個馬歇爾試件，將試件隨機分成兩組，每組4個。第一組試件在室溫下保存備用，第二組試件按凍融劈裂試驗規范要求的條件進行一次凍融循環。將第一組試件和第二組試件放進25℃±0.5℃的恒溫水槽中不少于2h，然后進行劈裂試驗。根據試驗結果確定出排水瀝青混合料水穩定性隨聚酯纖維摻量的變化規律，求出聚酯纖維的最佳摻量。

2 試驗結果及分析

2.1 凍融劈裂試驗結果

試驗所用儀器為北京航天科宇測試儀器有限公司生產的SYD-0713型瀝青混合料單軸壓縮試驗機，壓力傳感器量程為100kN，分辨率為0.01kN，機動速度為50mm/min，如圖2所示。凍融劈裂試驗平行試件的個數為4個，按照規范要求的精確度對試驗數據進行處理，結果如表6所示。

凍融劈裂試驗結果 表5

圖2 劈裂試驗

凍融劈裂試驗平行試件的個數為4個，按照規范要求的精確度對試驗結果處理，結果如表5所示。

2.2 劈裂試驗結果分析

從表4可以看出，試件的劈裂抗拉強度隨纖維摻量的增加呈現先增大后減小的變化規律。這是因為聚酯纖維具有較大的比表面積和吸附性，可以增大瀝青混合料的最佳瀝青用量，增大瀝青膜厚，同時還可以吸附瀝青中的飽和烴和芳香烴，增加了瀝青的粘性，使得瀝青與集料之間的粘結力增大，從而提高了試件的劈裂抗拉強度。此外，聚酯纖維具有很高的抗拉強度，其隨機分散在瀝青混合料中，能夠起到加筋和橋接的作用，這也可以提高瀝青混合料的劈裂抗拉強度。但是，當聚酯纖維摻量超過一定值時，劈裂抗拉強度反而降低，產生這種現象的原因是隨著聚酯纖維摻量的增加，其在瀝青混合料中很難分散均勻，纖維之間會互相纏結甚至結團，其作用會減弱，劈裂抗拉強度隨之降低。

從表4還可以看出，試件經過凍融循環后，其劈裂抗拉強度明顯下降。因為馬歇爾試件經過真空飽水后，浸入的分水，在-15℃的溫度條件下會產生凍脹作用，同時瀝青在低溫環境下會變脆，在瀝青混合料中會產生微裂紋，從而降低劈裂抗拉強度。此外，凍過的試件在60℃的水浴中浸泡24h后，導致瀝青軟化，水會浸入到瀝青與集料的界面，從而導致瀝青與集料表面的黏附失效，粘結力減小，從而降低了瀝青混合料的劈裂抗拉強度。

2.3 水穩定分析

凍融劈裂抗拉強度比是水損害前后瀝青混合料試件劈裂抗拉強度的比值，用于評價瀝青混合料的水穩定性，排水性瀝青路面由于要將地面水通過面層滲到基層，具有較大的連通空隙率，更容易受到水的侵蝕，對其水穩性要求較高。因此，研究排水瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強度比具有重要意義。根據凍融劈裂試驗，不同聚酯纖維摻量的瀝青混合料凍融劈裂抗拉強度比如圖3所示。

圖3 水穩定性與聚酯纖維摻量的關系曲線

由圖3可以看出，隨著聚酯纖維摻量的增加，凍融劈裂抗拉強度比呈現先增大后減小的變化規律。當聚酯纖維摻量增大至0.35%時，凍融劈裂抗拉強度比為82.8%，達到最大值，其水穩性最好。但是當聚酯纖維摻量超過0.35%時，凍融劈裂抗拉強度比反而逐漸減小。表明摻加聚酯纖維對瀝青混合料水穩性也有不利影響，主要因為聚酯纖維有一定的吸水性，此外，加入聚酯纖維后瀝青混合料不易被壓實，使得瀝青混合料空隙率增大，增大了其與水的接觸面積，更容易受到水的破壞。

3 結論

①排水性瀝青混合料的劈裂抗拉強度隨聚酯纖維摻量的增加呈現先增大后減小的變化規律。未凍融試件的劈裂抗拉強度在聚酯纖維摻量為0.45%時取得最大值0.77MPa。

②凍融試件的劈裂抗拉強度在聚酯纖維摻量為0.4%時取得最大值0.55MPa。

③排水性瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強度比隨聚酯纖維摻量的增加呈現先增大后減小的變化規律。在聚酯纖維摻量為0.35%時，凍融劈裂抗拉強度比達到最大值82.8%，其水穩性最好。