聚酯纖維環氧瀝青混合料在高速公路養護中的應用研究

作者簡介：

利勇稷（1991—），工程師，主要從事高速公路施工、運營管理工作。

摘要：文章依托某高速公路瀝青路面養護工程，探討了聚酯纖維環氧瀝青混合料的路用性能，對聚酯纖維環氧瀝青混合料作為超薄罩面的預防性養護效果展開綜合評價。結果表明：聚酯纖維環氧瀝青混合料的路用性能優于基質瀝青和環氧瀝青混合料，其具有良好的服役質量及壽命；聚酯纖維環氧瀝青混合料作為超薄薄層罩面施工后瀝青路面的各項性能指標均滿足規范使用要求，預防性養護效果表現良好，可在高速公路瀝青路面預養工程中推廣與應用。

關鍵詞：高速公路；預防性養護；聚酯纖維；環氧瀝青混合料；路用性能

中圖分類號：U418.6文獻標識碼：A 13 038 3

0 引言

截至2022年年底，我國高速公路的通車總里程已達17.7×104 km，高速公路網規模穩居世界第一［1-2］。近年來，隨著服役時間和交通流量的增長，且重載超載現象日漸嚴重，使大部分高速公路瀝青路面都出現了裂縫、車轍等病害問題，如若不及時采用合理的技術手段進行處治將無法保障高速公路的使用安全及壽命［3-4］。

超薄罩面是一種改善路表功能性能的瀝青混凝土磨耗層材料，一般應用于高等級瀝青路面新建或養護工程，具有節能、環保、減排、低碳、降噪等優點。但傳統的瀝青超薄罩面在服役過程中容易出現削落、脫層、滑移以及裂縫等病害，給瀝青路面的服役質量和使用壽命造成嚴重影響［5-6］。為了改善傳統瀝青混合料超薄罩面的使用性能，國內外學者提出了采用環氧瀝青混合料作為超薄罩面的預防性養護技術，并取得了良好的應用效果。但通過跟蹤近年來的實際工程發現，在長期高溫重載環境下環氧瀝青超薄罩面的抗裂及抗變形能力仍有所欠缺［7-8］。聚酯纖維屬于一種穩定劑型合成材料，其具有較高的強度與彈性恢復能力，有利于提升瀝青混合料的抗開裂、抗變形性能［9-10］。基于上述研究背景，本文嘗試在普通環氧瀝青超薄罩面中添加一定量的聚酯纖維用來解決抗開裂、抗變形能力不足的問題，并對其路用性能進行對比分析，同時結合實際應用工程，系統評價了聚酯纖維環氧超薄罩面的預防性養護效果。研究結果旨在為聚酯纖維環氧瀝青超薄罩面的推廣與應用提供指導與借鑒。

1 試驗材料

1.1 瀝青

試驗采用70#基質瀝青和國產環氧瀝青，其中環氧瀝青由環氧樹脂、瀝青、固化劑及其他添加劑組成，經檢測兩種瀝青的基本性能指標分別如表1、表2所示。

1.2 集料

粗、細集料均采用堅固潔凈的玄武巖碎石。其中，粗集料粒徑選用3～13.2 mm 3檔，針片狀含量＜9%，磨光值＞45，壓碎值＜18%，吸水率＜1.2%，軟石含量＜1.5%；細集料粒徑選用0～3 mm，表觀密度＞2.55 g·cm-3，砂當量＞65%，堅固性＜3%。集料的各項技術指標均滿足《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2017）要求。

1.3 填料

選用磨細的石灰巖礦粉，其表觀密度為2.69 g·cm-3，親水系數為0.68，塑性指數為3，含水量為0.41%。

1.4 纖維

選用聚酯纖維（PF），其技術性質如表3所示。

2 試驗方案

采用SMA-13級配類型進行瀝青混合料配合比設計，其級配曲線如圖1所示。聚酯纖維通過采用外摻的方式添加至環氧瀝青混合料中，纖維摻量參考文獻［8-9］設計為0.3%。為了便于表述，試驗將不同瀝青混合料分為PT（基質瀝青）、ER（環氧瀝青）、ER+PF（聚酯纖維環氧瀝青）3組，并根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）（以下簡稱《試驗規程》）的相關規定，采用高溫車轍、低溫小梁彎曲、浸水馬歇爾及凍融劈裂等室內試驗，對不同瀝青混合料的路用性能展開綜合評價。

3 瀝青混合料的路用性能評價

3.1 高溫穩定性

采用標準試件（300 mm×300 mm×50 mm）分別在60 ℃和70 ℃的高溫環境下進行車轍試驗。不同瀝青混合料的高溫車轍試驗結果如圖2所示。

根據圖2可知，當試驗溫度為60 ℃時，PT、ER、ER+PF瀝青混合料的動穩定度分別為6 345次·mm-1、15 061次·mm-1、17 858次·mm-1，其中ER+PF混合料的動穩定度較于PT與ER分別提高了181.4%、18.5%、5%，說明聚酯纖維環氧瀝青混合料具有優良的高溫抗車轍能力。當試驗溫度為70 ℃時，3種瀝青混合料的動穩定度則分別為3 210次·mm-1、8 876次·mm-1、10 886次·mm-1，表明混合料的動穩定度指標均滿足《試驗規程》≥3 000的技術要求，相較于PT和ER瀝青混合料而言，ER+PF的動穩定度分別提高了239.1%、22.6%，說明摻入一定量的聚酯纖維可以有效改善環氧瀝青混合料的高溫穩定性能，同時還有利于降低高溫對動穩定度影響的敏感性。

3.2 低溫抗裂性

瀝青混合料的低溫抗裂性能采用小梁彎曲試驗進行評價，試驗溫度為-10 ℃，試件尺寸為30 mm×35 mm×250 mm，加載方式采用單點加載，加載速率為50 mm/min。低溫小梁彎曲試驗結果如圖3所示。

由圖3可知，3種瀝青混合料的彎拉強度和最大彎拉應變從大到小依次表現為：ER+PF＞ER＞PT，而彎曲勁度模量從大到小則表現為：PT＞ER＞ER+PF，相較于PT和ER瀝青混合料而言，ER+PF混合料的彎拉強度分別提高了232.4%、10.1%，最大彎拉應變分別提高了20.8%、6.7%，而彎曲勁度模量則分別減小了17.6%、4.2%。3種瀝青混合料的最大彎拉應變均滿足規范值（＞2 000 με）的要求，其中ER+PF瀝青混合料的低溫抗開裂性能最佳，原因如下：（1）環氧瀝青中含有一定的樹脂成分，具有良好的彈性變形能力，在低溫車載作用下，環氧樹脂能很好地發揮出增韌、阻裂的功效；（2）聚酯纖維的摻入可以緩解瀝青混合料內部受力集中問題，增強材料的彈性恢復和抗開裂破壞能力，因此ER+PF瀝青混合料具有優良的低溫穩定性能。

3.3 水穩定性

研究采用浸水馬歇爾和凍融劈裂試驗評價瀝青混合料的水穩定性能，相關試驗結果如下頁圖4所示。

從圖4可以看出，3種瀝青混合料的浸水殘留穩定度和凍融劈裂強度比從大到小依次均表現為：ER+PF＞ER＞PT，其中ER+PF混合料的浸水殘留穩定度和凍融劈裂強度比較于PT分別提高了5.6%、8.6%，而與ER混合料相比，ER+PF的浸水殘留穩定度和凍融劈裂強度比仍分別提高了1.3%、1.4%。這說明ER+PF瀝青混合料的抗水損性能最佳，原因是聚酯纖維耐酸堿且穩定性良好，能與瀝青材料充分交織融合，從而有利于增強材料的粘結特性，因此在長期的浸水環境下不易出現界面剝落現象。

綜合瀝青混合料的各項路用性能試驗可知，環氧瀝青中的環氧樹脂和固化劑成分可以很好地提供黏度及穩定性，使得瀝青混合料的強度和彈韌性增強，而聚酯纖維均勻加筋于混合料內部形成穩定的空間網狀支撐體系，有利于限制集料滑移，避免應力集中，抑制破壞裂紋產生及發展。因此，3種瀝青混合料中，ER+PF瀝青混合料的綜合性能最優，具有良好的服役質量與使用壽命。

4 工程應用

某高速公路原瀝青路面的整體情況表現良好，但根據其路況調查報告顯示，該高速公路K26+280～K28+530段瀝青路面存在不少裂縫、車轍等損害。為了保障路面的行駛安全及質量，避免路面結構加劇損壞，管養單位決定采用聚酯纖維環氧瀝青混合料作為超薄罩面對損害路段進行預防性養護施工。相關工后檢測結果如表4所示。

根據表4可知，經施工后ER+PF瀝青路面的滲水系數與平整度均低于ER和PT瀝青路面，說明聚酯纖維環氧瀝青混合料的防水滲透性能最佳，其作為罩面處治后瀝青路面的密水性及平整度都有明顯的提升；預防性養護后ER+PF瀝青路面的構造深度和擺值（BPN）均優于ER和PT瀝青路面，說明聚酯纖維環氧瀝青路面的抗滑性能優良。另外，在ER+PF瀝青混合料罩面施工半年及一年半后，管養單位分別對其施工路段進行了復檢，檢測結果表明ER+PF瀝青路段的平整度、抗滑性、密水性等指標均滿足規范使用要求，且車轍深度均lt;3 mm，即工程預防性養護應用效果良好。

5 結語

本文研究了聚酯纖維環氧瀝青混合料的路用性能，并結合某高速公路瀝青路面實際預防性養護工程，針對聚酯纖維環氧瀝青混合料作為罩面的預防性養護效果進行評價，得出以下結論：

（1）相較于基質瀝青和環氧瀝青混合料，聚酯纖維環氧瀝青混合料的高溫抗車轍性能、低溫抗裂性能及水穩定性能更優。

（2）由于環氧瀝青中的環氧樹脂和固化劑成分能夠有效增強混合料的強度和彈韌性，而聚酯纖維在瀝青混合料中充分發揮了加筋、阻裂、分散、增韌等作用，故聚酯纖維環氧瀝青混合料具有良好的服役質量及壽命。

（3）根據實際養護工程應用結果表明，聚酯纖維環氧瀝青混合料作為罩面施工后瀝青路面的平整度、抗滑性、密水性等指標均滿足規范使用要求，其預防性養護效果良好，可在高速公路瀝青路面預防性養護工程中推廣與應用。

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