論聚酯纖維對路面養護超薄罩面瀝青混合料的性能影響

收稿日期：2024-03-01

作者簡介：郭彥俊（1985—），男，本科，工程師，從事公路工程工作。

摘要 超薄罩面主要用于提高路面的服務功能，改善路面的抗滑性、防水性、抗裂性和抗車轍性能。為提高超薄罩面瀝青混合料的路用性能，文章探討了聚酯纖維對超薄罩面瀝青混合料的性能影響。設計了空隙型的UTO-10和密實型的UTOD-5兩種類型的超薄罩面瀝青混合料，摻入不同摻量和長度的聚酯纖維，進行室內試驗和路面試驗，評價聚酯纖維的作用效果。試驗結果表明，聚酯纖維的添加可以提高超薄罩面瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性，延緩路面早期病害，建議UTO-10混合料，采用長度9 mm的聚酯纖維、摻量0.3%，UTOD-5采用6 mm的聚酯纖維、摻量0.2%，超過或低于該值，聚酯纖維性能會下降，為超薄罩面設計與施工提供技術參考。

關鍵詞 公路工程項目；超薄罩面；聚酯纖維；密實型；空隙型；路用性能

中圖分類號 U414文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）11-0064-04

0 引言

瀝青路面建成通車后，在車輛荷載、自然環境的共同影響下，瀝青路面表層將不可避免地產生變形、開裂、貧油病害現象[1]。瀝青混合料剝落是導致路面行車安全性、舒適性、路面耐久性能下降的主要影響因素，因而及時進行預處理是保證路面使用性能、減緩病害發展的關鍵。超薄罩面是一種在原有瀝青路面上鋪筑20 mm±5 mm厚瀝青混合料面層的預防性養護技術，主要用于提高路用性能。瀝青混合料是超薄罩面的關鍵材料，其性能直接影響超薄罩面質量[2]。為提高超薄罩面瀝青混合料的路用性能，可在混合料中適當添加纖維材料，如聚酯纖維、玻璃纖維、碳纖維等，以增強瀝青混合料的內聚力、黏結力，提高瀝青混合料高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性，延緩瀝青混合料的老化過程[3-4]。該文以公路工程項目為背景，以超薄罩面為研究對象，探討聚酯纖維對路面養護超薄罩面瀝青混合料的性能影響，旨在為超薄罩面設計與施工提供參考。

1 原材料的選用

選用以下三種原材料：聚酯纖維、礦質集料和瀝青膠結料。具體規格參數如下：

（1）聚酯纖維：選用不同長度（3 mm、6 mm、9 mm

和12 mm）的聚酯纖維，作為超薄罩面瀝青混合料的添加劑，摻量為0.2%、0.3%、0.4%和0.5%。

（2）礦質集料：選用滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40—2004）要求的礦質集料，包括石灰巖、玄武巖、花崗巖和河卵石等，并經集料材質檢測，具體見表1～3，其質量性能指標均達到技術標準[5-6]。設計了兩種類型的超薄罩面瀝青混合料：UTO-10空隙型、UTOD-5密實型。

（3）瀝青膠結料：SBS改性瀝青膠結料主要技術指標測試結論，見表4，滿足材質性能標準。選用改性瀝青，根據瀝青混合料的類型和纖維摻量，確定不同的油石比，范圍為5%～6.2%。

2 混合料類型與配比

設計兩種類型的超薄罩面瀝青混合料：UTO-10空隙型、UTOD-5密實型。其主要區別在于礦料合成級配的形狀、油石比。空隙型超薄罩面瀝青混合料的礦料合成級配曲線呈“S”形，油石比較高，可增加瀝青混合料的空隙率，提高瀝青混合料的排水抗滑性能。密實型超薄罩面瀝青混合料的礦料合成級配曲線呈“U”形，油石比較低，可減少瀝青混合料的空隙率，提高密實度[7]。兩種類型的超薄罩面瀝青混合料的礦料合成級配曲線如圖1和圖2所示。

為確定兩種類型的超薄罩面瀝青混合料的最佳油石比，采用馬歇爾試驗法，制作不同油石比的馬歇爾試件，進行馬歇爾測試[8]。根據測試結果分析油石比對超薄罩面瀝青混合料性能的影響規律，確定兩種類型的超薄罩面瀝青混合料的最佳油石比。結果表明，UTO-10空隙型超薄罩面瀝青混合料的最佳油石比為6.2%，UTOD-5密實型超薄罩面瀝青混合料的最佳油石比為5%。

3 路用性能

根據不同的級配和瀝青用量，制備不同的超薄罩面混合料試件，進行相關試驗，評價超薄罩面混合料的抗車轍性、抗裂性、水穩定性[9]。

3.1 纖維摻量的影響

為研究不同纖維摻量對超薄罩面混合料路用性能的影響，在纖維長度為6 mm的條件下，分別摻入0.2%、0.3%和0.4%的聚酯纖維，與不摻纖維的對照組進行比較[10]。按照前述的級配、瀝青用量拌制不同纖維摻量的超薄罩面混合料，壓實成型，進行車轍試驗、低溫彎曲試驗、殘留穩定度試驗和飛散試驗，評價超薄罩面混合料的動穩定度、最大彎拉應變、殘留穩定度比，具體見表5。

表5 不同纖維摻量時超薄混合料路用性能試驗結果

序號 薄混合料

類型 纖維摻

配量/% 動穩定度/

（次/mm） 最大彎拉

應變/εμ 殘留穩定

度比/%

1 UTO-10 0.00 3 459 2 555 95.50

2 UTO-10 0.20 4 722 2 942 95.70

3 UTO-10 0.30 5 619 3 217 96.10

4 UTO-10 0.40 5 374 3 070 97.30

5 UTOD-5 0.00 2 732 2 946 96.80

6 UTOD-5 0.20 4 261 3 318 97.60

7 UTOD-5 0.30 4 131 3 249 97.50

8 UTOD-5 0.40 3 671 3 363 98.30

從表5可以看出，隨著纖維摻量的增加，超薄罩面混合料的動穩定度、最大彎拉應變和殘留穩定度比均有不同程度的提高，說明纖維的添加可以增強超薄罩面混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性。

（1）UTO-10空隙型超薄罩面混合料的動穩定度和最大彎拉應變隨著纖維摻量的增加呈現先增加后減少的趨勢，表明存在最佳纖維摻量，超過該摻量，纖維作用效果會下降。

（2）UTOD-5密實型超薄罩面混合料的動穩定度和最大彎拉應變隨著纖維摻量的增加呈現先減少后增加的趨勢，表明密實型超薄罩面混合料對纖維的敏感性較低，需要較高的纖維摻量才能發揮纖維的作用。

（3）兩種類型的超薄罩面混合料的殘留穩定度比隨著纖維摻量的增加均呈現增加的趨勢，表明纖維的添加可以提高超薄罩面混合料的抗水損傷能力。

綜合考慮各項性能指標可知，UTO-10空隙型超薄罩面混合料的最佳纖維摻量為0.3%，UTOD-5密實型超薄罩面混合料的最佳纖維摻量為0.4%。在此摻量下，超薄罩面混合料的路用性能達到最優。

3.2 纖維長度的影響

UTO-10纖維摻量為0.3%，UTOD-5纖維摻量為0.2%，分別摻入3 mm、6 mm、9 mm和12 mm的玄武巖纖維，與不摻纖維的對照組進行比較。拌制不同纖維長度的超薄罩面混合料，壓實成型，進行試驗，評價超薄罩面混合料性能，具體見表6。

表6 不同纖維長度時超薄混合料路用性能試驗結果

序號 超薄混合

料類型 纖維

長度/mm 動穩定度/

（次/mm） 最大彎拉

應變/εμ 殘留穩定

度比/%

1 UTO-10 3.0 4979 2763 96.70

2 UTO-10 6.0 5519 3117 96.10

3 UTO-10 9.0 5725 3360 95.30

4 UTO-10 12.0 5471 3161 96.40

5 UTOD-5 3.0 3885 3125 97.10

6 UTOD-5 6.0 4261 3318 97.60

7 UTOD-5 9.0 4114 3273 97.30

8 UTOD-5 12.0 4175 3314 98.30

從表6可以看出，不同纖維長度對超薄罩面混合料的路用性能有不同的影響。

（1）對于UTO-10空隙型超薄罩面混合料，隨著纖維長度的增加，動穩定度和最大彎拉應變先增加后減少，殘留穩定度比先減少后增加，表明存在一個最佳的纖維長度，超過該長度，纖維的作用效果會下降。具體來說，當纖維長度由3 mm增加到9 mm時，動穩定度由4 979次/mm增加到5 725次/mm，增加了14.96%，最大彎拉應變由2 763 εμ增加到3 360 εμ，增加了21.62%，殘留穩定度比由96.70%減少到95.30%，減少了1.45%。而當纖維長度由9 mm增加到12 mm時，動穩定度由5 725次/mm減少到5 471次/mm，減少了4.44%，最大彎拉應變由3 360 εμ減少到3 161 εμ，減少了5.92%，殘留穩定度比由95.30%增加到96.40%，增加了1.15%。

（2）對于UTOD-5密實型超薄罩面混合料，隨著纖維長度的增加，動穩定度和最大彎拉應變先減少后增加，殘留穩定度比先增加后減少，表明密實型超薄罩面混合料對纖維的敏感性較低，需要較長的纖維長度才能發揮纖維的作用。具體來說，當纖維長度由3 mm增加到6 mm時，動穩定度由3 885次/mm增加到4 261次/mm，減少了9.67%，最大彎拉應變由3 125 εμ增加到3 318 εμ，增加了6.18%，殘留穩定度比由97.10%增加到97.60%，增加了0.51%。而當纖維長度由6 mm增加到12 mm時，動穩定度由4 261次/mm減少到4 175次/mm，減少了2.02%，最大彎拉應變由3 318 εμ減少到3 314 εμ，減少了0.12%，殘留穩定度比由97.60%增加到98.30%，增加了0.72%。

（3）兩種類型的超薄罩面混合料的飛散試驗結果均表明，摻入纖維后，飛散率均顯著降低，說明纖維的添加可以提高超薄罩面混合料的耐久性。具體來說，當纖維長度由3 mm增加到12 mm時，UTO-10空隙型超薄罩面混合料的飛散率由0.32%降低到0.21%，降低了34.38%，UTOD-5密實型超薄罩面混合料的飛散率由0.28%降低到0.18%，降低了35.71%。這可能是因為，纖維的添加可以增加瀝青混合料的內聚力和黏結力，減少瀝青混合料的飛散損失，提高瀝青混合料的抗老化能力。

綜合考慮各項性能指標，UTO-10空隙型超薄罩面混合料的最佳纖維長度為9 mm，UTOD-5密實型超薄罩面混合料的最佳纖維長度為12 mm。在此長度下，超薄罩面混合料的路用性能達到最優。

4 結語

綜上所述，根據不同的級配和瀝青用量，拌制空隙型的UTO-10和密實型的UTOD-5兩種類型的超薄罩面瀝青混合料，摻入不同摻量、長度的聚酯纖維，進行高溫穩定性、低溫抗裂性、水穩定性和耐久性等性能試驗，得出以下結論：

（1）聚酯纖維可以吸附瀝青，形成網絡結構，提高

（下轉第70頁）

（上接第66頁）

超薄罩面瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性和耐久性，延緩路面的裂縫和集料脫落等病害。

（2）聚酯纖維摻量和長度應適當選擇，過大或過小均會影響纖維在混合料中的分散性和增強作用，空隙型混合料需要較大的摻量和長度才能形成有效的網絡結構。

（3）密實型混合料的聚酯纖維摻量為0.2%，長度為6 mm，空隙型混合料的聚酯纖維摻量為0.3%，長度為9 mm，在此條件下，超薄罩面瀝青混合料的性能最佳。

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