公路工程聚酯纖維改性瀝青路面施工技術研究

1 引言

瀝青路面具有噪聲小、行車舒適、路用性能強等優點而被廣泛應用于高速公路修建之中。 隨著國家經濟發展，人民生活水平逐漸提高，車輛總數也在逐漸增加，導致早期所修建的瀝青路面出現高溫車轍、低溫開裂等不同程度的路面病害。 這就要求我們所修建的道路， 必須有更強的承受能力和路用使用能力[1-2]。 為了解決此類問題，諸多道路學者從新材料、新工藝等方面進行研究，改性瀝青是最常見的改性材料，如SBS 改性瀝青、聚酯纖維改性瀝青等[3]。 其中聚酯纖維改性瀝青在國外已得到大量工程應用， 而國內發展較慢， 故本文對其進行研究，為道路建設事業提供建議性技術指導。

2 工程概況

某高速公路為雙向4 車道，路寬26m，設計車速為120 km/h，最大填高為5.3 m、最低挖深為2.5 m，平均填挖為3.6 m。 該路段通車運營超過10 年之久， 該路段已出現不同程度的裂縫、坑槽等路面病害嚴重影響路面使用。 考慮到后期養護難度大、成本高， 經有關部門討論決定采用聚酯纖維改性瀝青進行路面施工。

3 原材料性能研究

3.1 基質瀝青

本文選取90#號瀝青作為基質瀝青，對其軟針入度、軟化點等各項物理指標進行檢測， 檢測結果符合JTG F 40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》。

3.2 集料

3.2.1 粗集料

瀝青混合料中主要起骨架支撐作用的為粗集料， 一般粗集料采用堿性巖石、大粒徑、表面粗糙等顆粒，本文對所采取粗集料壓碎值、 吸水率等物理指標進行檢測， 檢測結果符合JTG E42—2005《公路工程集料試驗規程》。

3.2.2 細集料

細集料在瀝青混合料中起到填充劑， 可保證瀝青混合料強度。 本文對所采取細集料進行檢測， 檢測結果符合JTG E42—2005《公路工程集料試驗規程》。

3.3 聚酯纖維

聚酯纖維是指一種通過脂基鏈接大分子鏈中的各鏈接的一種合成高聚物， 本文所采用的聚酯纖維為Bonifibers 聚酯纖維。

4 聚酯纖維改性瀝青混合料研究

4.1 配合比設計

改性瀝青混合料路用性能的好壞和混合料組成設計是密不可分，本文按照JTG E42—2005《公路工程集料試驗規程》進行級配設計，篩分結果見圖1。

圖1 篩分曲線圖

由上述結果及上、下限級配可確定，設計級配為1#料占比35%，2#料占比未23%，3#料占比為37%， 礦粉占比為6%，根據該設計級配進行混合料配置。

4.2 最佳瀝青用量確定

本文采用3 組不同油石比， 以0.5%為間隔， 設計5 組3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%瀝青用量，采用AC-20 級配。 在試驗室內制備馬歇爾試件， 并對試件進行空隙率、 礦料間隙率、瀝青飽和度以及穩定度等試驗，以瀝青用量為橫坐標，分別以密度、空隙率、穩定度、流值、礦料間隙率、瀝青飽和率為縱坐標，繪制關系曲線圖。 根據力學指標和體積指標確定最佳瀝青用量，瀝青用量與6 組指標關系見圖2。

圖2 瀝青用量與六大指標關系圖

由圖2 可知，毛體積密度與瀝青用量呈線性上升關系，穩定度隨著瀝青用量的增加先小幅度上升再小幅度下降， 流值與瀝青用量之間為線性上升，VV（瀝青混合料試件的空隙率）隨著瀝青用量增加而先降低后增高，VMA（瀝青混合料試件的礦料間隙率）隨著瀝青用量增加而線下降，VFA（瀝青混合料試件的有效瀝青飽和度）隨瀝青用量的增加緩慢上升。 根據試驗結果，結合規范要求及工程經驗，最終確定最佳瀝青用量為4.51%。

5 聚酯纖維改性瀝青混合料路用性能研究

5.1 高溫穩定性

高溫穩定性是評價瀝青混合料在高溫天氣下抵抗車轍的能力，良好的高溫穩定性，可以有效抵抗路面車轍，保證路面行車舒適。 目前， 我國常用車轍試驗檢測瀝青混合料高溫性能，以動穩定度評價，其計算式如式（1）所示[4]。

式中，DS 為動穩定度， 次/mm；d1為對應時間t1的變形量，mm；d2為對應時間t2的變形量，mm；C1為修正系數， 取1.0；C2為試件系數，取1.0；N 為試件輪碾速度，取42 次/min。

本文制定50 mm×300 mm×300 mm 車轍試件，在60 ℃條件下，根據JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》 對聚酯纖維改性瀝青混合料車轍試件和基質瀝青混合料車轍試件進行車轍試驗，試驗結果見表1。

表1 車轍試驗數據表

由表1 數據可知， 在基質瀝青混合料中摻加0%的聚酯纖維時，瀝青混合料動穩定度為1 135 次/mm；在基質瀝青混合料中摻加0.3%的聚酯纖維時， 瀝青混合料動穩定度為1 656 次/mm； 在SBS 改性瀝青混合料中摻加0%的聚酯纖維時，瀝青混合料動穩定度為3 012 次/mm；在SBS 改性瀝青混合料中摻加0.3%的聚酯纖維時，瀝青混合料動穩定度為4 595次/mm；可得出無論在基質瀝青混合料中添加聚酯纖維還是SBS 改性瀝青混合料中添加聚酯纖維， 聚酯纖維摻量為0.3%時均可提高瀝青混合料動穩定度， 且改性瀝青混合料動穩定度次數增加幅度大于基質瀝青混合料。

5.2 低溫性能

為研究不同聚酯纖維摻量對瀝青混合料低溫性能影響，本文在基質瀝青混合料中分別加入0.2%、0.3%、0.4%的聚酯纖維，并制備長250 mm，寬30 mm，高35 mm 的棱柱體試件，在UTM-30 試驗機上進行小梁彎曲試驗， 試驗結果如表2 及圖3 所示。 根據式（2）計算試件的最大彎曲應變[5]。

表2 小梁彎曲試驗數據表

圖3 小梁彎曲試驗數據圖

式中，ε（t）為試件梁底的彎拉應變，με；h 跨中高度，mm；d（t）為試件加載過程中隨試件t 變化的跨中撓度；L 為試件跨徑，mm。

由上述試驗結果可知，當聚酯纖維摻量為0.2%，瀝青混合料最大彎拉應變為2 322με；當聚酯纖維摻量為0.3%，瀝青混合料最大彎拉應變為2 554 με；當聚酯纖維摻量為0.4%，瀝青混合料最大彎拉應變為2 103 με。

由圖3 可知，隨之聚酯纖維摻量增加，瀝青混合料最大彎拉應變先增加后減小，在聚酯纖維摻量為0.3%時，瀝青混合料最大彎拉應變最大。 因此，在實際寒冷地區施工時，可摻量0.3%的聚酯纖維，增大瀝青混合低溫性能。

6 結語

通過以上分析，得出以下結論。

1）通過聚酯纖維改性瀝青混合料研究，確定最佳瀝青用量為4.51%。

2）通過高溫車轍試驗研究得出：在瀝青混合料中摻加聚酯纖維為0.2%時，可提高瀝青混合料高溫性能。