聚酯纖維對高黏改性瀝青影響的研究

劉臥龍　周雪勤

摘要 針對目前城市道路建設出現的一系列問題，國家提出建設具有我國特色的海綿城市，而其中關鍵點就是透水路面的研究與推廣使用。文章通過在SBS改性瀝青中添加聚酯纖維，研究聚酯纖維的摻入對SBS復合改性瀝青性能的影響。試驗結果表明：控制SBS摻量為4%時，摻加聚酯纖維可有效提高復合改性瀝青的抗裂性能、抗疲勞性能和黏結性能。當聚酯纖維摻量為2.0%時，對抗裂性能和黏結性能提高最佳;聚酯纖維摻量為2.5%時，對抗疲勞性能提高最佳。

關鍵詞 聚酯纖維;高黏改性瀝青;多孔瀝青路面

中圖分類號 U414文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2022）11-0067-03

引言

多孔瀝青路面雨天路表無積水，可實現輪胎與路表無水膜產生，保障路面雨天的抗滑能力，縮短剎車距離，提高行車安全性和舒適性。但其較大的孔隙導致混合料出現黏結強度和耐久性下降等問題。采用高黏度的改性瀝青在一定程度上可提高多孔瀝青混合料內部的黏結力，保證路面具有較好的透水功能和路用性能。目前應用較廣泛的高黏改性劑為SBS改性劑，由其制備的復合改性瀝青可極大地改善多孔瀝青混合料的耐久性及抗疲勞等性能[1，2]。為進一步改善高黏改性瀝青的抗裂性能和抗疲勞性能，該文通過將聚酯纖維與SBS復合改性探究對高黏改性瀝青的抗裂性、抗疲勞性能和與集料的黏結性能的效果，從而為多孔瀝青路面在我國的推廣應用提供理論指導。

1 國內外研究現狀

近年來，隨著我國城市發展進程的不斷加快，城市地表逐漸被不透水的鋼筋混凝土類建筑和路面鋪裝所覆蓋。同時，目前的城市建設中，有關城市道路、人行道、停車場、廣場及公園道路的鋪裝時，都會著重要求路面的強度和耐久性等基本性能和審美觀感的藝術體現，因此水泥混凝土類和瀝青混合料類材料成為目前應用最廣、路用性能最佳的鋪裝材料。此類路面便于施工，成本低廉，強度及耐久性好，但從長遠考慮會對城市的生態環境產生嚴重的不可逆影響，嚴重制約城市的建設和發展，其缺點主要表現在不透氣的鋪裝結構會減少雨水的下滲，大部分雨水只能借助城市的排水系統排出，導致城市的地下水不能良性地循環補充。同時致密的城市路表還會在暴雨天因排水不暢導致路面積水，車輛行駛時更易形成水漂、水霧，降低輪胎與路面的附著力，導致車輛打滑，增大剎車距離，造成交通安全隱患，危急行車安全;在暴雨天時，城市地表徑流量會急劇增高，短時間內出現峰值，增加城市排水系統的疏水壓力，甚至出現城市內澇[3，4]。同時，由于路表的致密結構，車輛在行駛過程中會產生較大噪聲污染，干擾道路周邊居民的正常生活。

國外對多孔瀝青路面的研究相對較早，美國和西歐國家早在二十世紀六七十年代就著手探究透水路面的基本原理、材料組成和結構組合，在此基礎上對透水路面進行推廣應用，經過多年的發展在各方面研究體系已經逐漸趨于完善。目前的研究均是以多孔瀝青路面為基礎展開的，并且對多孔瀝青路面的結構形式展開系統性研究[5，6]。

多孔瀝青混合料的級配設計方面主要表現在滿足目標空隙率和實現石-石嵌擠的混合料特征，這二者是實現多孔瀝青混合料良好功能性和結構性的根本要求。采用干緊堆法進行多孔瀝青混合料的級配設計，后期對干緊堆法進行改進，采用濕緊堆法開展多孔瀝青混合料的級配設計。國內研究人員結合貝雷法在密級配瀝青混合料的應用研究，采用“預留空隙率”的級配設計思路，將貝雷法推廣到多孔瀝青混合料的級配設計，并在此基礎上引入粗骨料填充法進行多孔瀝青混合料的級配組成設計。多孔瀝青混合料級配設計時應依據粗、細集料在混合料中發揮的作用不同而分別設計，基于離散元理論和試驗探究相結合，并以4.75 mm篩孔通過率作為粗集料級配的控制要點來展開多孔瀝青混合料的級配設計理論。還有一些國內研究人員采用體積法對2.36 mm和4.75 mm兩種篩孔集料質量通過百分率對多孔瀝青混合料空隙率的影響進行分析，并結合大量的實驗數據，2.36 mm和4.75 mm兩種篩孔集料質量通過百分率的最佳參考范圍。

瀝青膠結料的材料性能是多孔瀝青路面設計的另一關鍵技術指標，現階段普遍采用高黏改性瀝青作為多孔瀝青路面的膠結料來提高瀝青混合料的強度和耐久性。研究發現摻量為4%的聚酯纖維與TPS復合改性的高黏瀝青具備較好的增黏、吸附穩定以及加筋作用，可以改善瀝青混合料的抗裂性能。采用國內研發的高黏改性劑SINO TPS對基質瀝青進行復合改性，研究發現可提高瀝青混合料的高溫性能、低溫性能和耐久性。借助自主研發的高黏改性劑ESBS可改善瀝青混合料的抗飛散、高溫抗車轍和低溫抗裂能力。采用SBS、黏結性樹脂、增塑劑和穩定劑復合制備高黏改性瀝青，原料在最佳摻量下制備的瀝青材料具有較好的黏結性和耐久性。將摻量為4%的SBS和20%的膠粉作為改性劑制備高黏復合改性橡膠瀝青，試驗發現其具備的良好的路用性能和滲水性能[7]。

2 改性瀝青的制備

相比普通瀝青而言，高黏改性瀝青的優點主要體現在60 ℃的動力黏度大于20 000 Pa·s，軟化點都在80 ℃以上且黏韌性和韌性都較高。高黏改性瀝青可以解決普通瀝青用于透水瀝青路面的強度和耐久性不足問題，以及服役中出現壓密導致空隙率減小和混合料松散等問題[8]。《透水瀝青路面技術規程》（CJJ/T 190—2012）中對高黏改性瀝青提出詳細的技術要求，詳見表1。

熱塑性彈性體類SBS改性劑制備的改性瀝青可以提高多孔瀝青混合料的強度和耐久性等路用性能。聚酯纖維具有韌性好、不易斷裂，耐高溫等特點，可提高混合料的低溫抗裂性和抗疲勞性能。該文以SK-90#重交通道路石油瀝青為基質瀝青，將聚酯纖維和SBS改性劑按照適當摻入量進行復合制備高黏改性瀝青。在控制溫度為170～180 ℃條件下采用攪拌、剪切、溶脹3個階段將聚酯纖維和SBS改性劑加入基質瀝青中進行有效復合來制備研究所需的高黏改性瀝青[9]。2AB3A8D7-D576-4F35-8D62-C478A643A260

為探究聚酯纖維摻量對SBS改性瀝青性能的影響，將SBS改性劑控制為基質瀝青的4%，聚酯纖維的摻量控制為0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%和3%來開展試驗研究。

3 改性瀝青的性能測試

3.1 抗疲勞性能

SHRP中提出疲勞因子G*sin δ可作為探究瀝青抗疲勞性能的指標，其數值越大，說明瀝青中黏性成分含量越高，瀝青路面越易產生疲勞開裂。探究25 ℃下不同聚酯纖維摻量對SBS改性劑復合改性瀝青抗疲勞性能的影響，結果如圖1所示。

25 ℃疲勞因子

由圖1可知，相比未摻加聚酯纖維的SBS復合改性瀝青，摻加聚酯纖維的復合高黏改性瀝青的抗疲勞性能均得到提高。隨著聚酯纖維摻量的增加，疲勞因子G*sin δ均呈先減小后增大的趨勢。當聚酯纖維摻量為2.5%時左右時達到最小值，表明此時復合高黏改性瀝青的抗疲勞性能達到最佳效果。

3.2 抗開裂性能

采用抗拉強度作為評價指標來探究不同聚酯纖維摻量對SBS改性劑復合改性瀝青抗開裂能的影響。具體試驗結果如圖2所示。

由圖2可知，相比未摻加聚酯纖維的SBS改性瀝青，摻加聚酯纖維的高黏改性瀝青抗拉強度得到明顯提高，且隨著聚酯纖維摻量的增加，呈先增大后減小的趨勢。當聚酯纖維摻量為2%時達到最大值，主要是加入的聚酯纖維分布在改性瀝青中形成細小的網狀結構，能提高瀝青的黏聚性，并增加多孔瀝青路面的整體性和剛度。當聚酯纖維的摻量超過2%之后，由于聚酯纖維產生結團現象，形成薄弱部分，從而降低其抗拉強度。

抗拉強度試驗結果

3.3 黏結性能

借助萬能試驗機拉拔試驗進一步研究瀝青被聚酯纖維和SBS改性劑復合改性之后與集料的黏結性能效果，具體試驗結果如圖3所示。

由圖3可知，相比未摻加聚酯纖維的SBS改性瀝青，摻加聚酯纖維的高黏改性瀝青與集料的黏結性能均得到明顯提高，且隨著聚酯纖維摻量的增加，呈先增大后減小的趨勢。當聚酯纖維摻量為2%時達到最大值，主要是由于加入的聚酯纖維在改性瀝青中形成均勻網狀結構，極大地提高瀝青的黏聚性及與集料的黏結力，拉拔黏結力的提升，間接反映出能夠提高多孔瀝青路面的抗松散性能，并增加路面結構的整體穩定性和耐久性。當聚酯纖維的摻量超過2%之后，此時多余的聚酯纖維發生結團現象，在瀝青內部形成薄弱結構，從而導致瀝青與集料的黏結性能下降。

4 結束語

（1）控制SBS改性劑摻量4%，隨著聚酯纖維摻量增加，制備的高黏改性瀝青疲勞因子G*sin δ均減小，呈先減小后增大的趨勢，在摻量為2.0%時達到最小值，抗疲勞性能最大。

（2）控制SBS改性劑摻量4%，隨著聚酯纖維摻量增加，制備的高黏改性瀝青抗拉強度呈先增大后減小的趨勢，在摻量為2.0%時抗拉強度和斷裂延伸率均達到最大值，抗裂性能最佳。

（3）控制SBS改性劑摻量4%，隨著聚酯纖維摻量增加，制備的高黏改性瀝青與集料的黏結力呈先增大后減小的趨勢，在摻量為2.0%時的黏結力均達到最大值，瀝青與集料的黏結性能最好。

（4）聚酯纖維和SBS改性劑制備的高黏改性瀝青具有較好的抗疲勞性能、抗裂性能和與集料的黏結性能，可為多孔瀝青路面在海綿城市的進一步應用推廣提供技術支撐。

參考文獻

[1]徐世國， 何唯平. 排水瀝青混合料高黏改性瀝青研究[J]. 公路， 2016（3）： 166-170.

[2]葉奮， 楊思遠. 復合改性高黏瀝青在排水路面的應用研究[J]. 華東交通大學學報， 2016（1）： 30-36.

[3]楊勁. 高黏度改性劑對排水瀝青混合料水穩定性能影響[D]. 重慶：重慶交通大學， 2015.

[4]王宏. 聚酯纖維對TPS改性瀝青及其混合料抗裂性能研究[J]. 公路， 2015（10）： 209-213.

[5]李立寒， 張明杰， 祁文洋. 老化SBS改性瀝青再生與機理分析[J]. 長安大學學報（自然科學版）， 2017（3）： 1-8.

[6]熊子佳， 程金梁， 鄧成， 等. 高黏改性劑對瀝青及OGFC混合料性能的影響[J]. 大連交通大學學報， 2017（5）： 94-97.

[7]李翔， 蔡旭， 肖天佑， 等. 橡膠瀝青排水性混合料設計與性能[J]. 中外公路， 2018（4）： 275-279.

[8]馮芳. 透水路面高黏改性瀝青的高低溫性能評價[J]. 城市道橋與防洪， 2018（7）： 285-288+292.

[9]徐洪躍. 透水瀝青混合料透水特性及路用性能研究[J]. 重慶交通大學學報（自然科學版）， 2018（6）： 42-47+75.

收稿日期：2022-03-09

作者簡介：劉臥龍（1990—），男，碩士研究生，助理工程師，研究方向：海綿城市透水瀝青路面材料與結構設計。2AB3A8D7-D576-4F35-8D62-C478A643A260