纤维对沥青混合料结构及路用性能的影响研究

【摘 要】在沥青混合料中添加纤维不仅改善了自身的路用性能，同时其结构参数也会发生相应变化。本文以两种常用的路用纤维为基础，通过室内试验研究，分析纤维的类型和剂量对沥青混合料的物理、力学参数以及其路用性能影响的特点和变化规律，揭示了纤维沥青混合料力学参数的特点和路用性能的本质，提出纤维沥青混合料在设计、施工提高工程质量的措施和方法，为纤维沥青路面的推广应用提供参考。

【关键词】纤维沥青混合料；路用性能；结构参数；影响规律

Fiber performance impact study of the structure and the asphalt road

Zhao Feng

（Luohe Highway Administration Luohe Henan 462000）

【Abstract】Adding fiber in the asphalt mix not only improved their road performance， while its structural parameters will change accordingly. In this paper， two commonly used fiber channel， based on research by laboratory tests， analysis of the characteristics and changes of the fiber type and dosage of asphalt physical and mechanical parameters and their influence road performance， revealing the fiber asphalt mixture Features and road performance mechanical parameters intrinsically proposed fiber asphalt mixture design， construction improve project quality measures and methods， to provide a reference for the popularization and application of fiber reinforced asphalt pavement.

【Key words】Fiber asphalt；Road performance；Structural parameters；The influence of

1. 前言

（1）路用纤维不仅能够改善沥青混合料的高温、低温等路用性能，也因为其设计方法简单、对原材料的要求较低、施工工艺改变较少在道路工程中受到越来越多的青睐。目前，我国在纤维产品以及相应的配套设备等已经有了一整套成熟的研究成果和使用经验，路用纤维的应用已由最初的道路面层的纤维沥青混凝土到桥梁的沥青加铺层、水泥混凝土路面和机场跑道罩面等，再到各式各样的沥青混合料中，如 SMA 路面、薄层或超薄层的沥青混凝土、多孔性沥青混凝土 （OGFC）、稀浆封层和双层防裂上铺层等[1]。用于沥青混合料的纤维种类很多，但大多选用木质素纤维、矿物纤维或聚合物纤维，我国为此还分别颁布了 《沥青路面用木质素纤维》 JT/T533-2004 和《沥青路面用聚合物纤维》 JT/T534-2004。

（2）纤维沥青混合料的设计、施工与普通沥青混合料主要过程比较类似，但纤维沥青混合料的特殊性决定了两者还是存在差别。掺加纤维后沥青混合料的物理指标和路用性能均发生相应的改变，如果不能系统分析纤维对沥青混合料指标体系的影响，就会在纤维沥青混合料的设计和施工中无法准确把握其精髓，可能会由于这样或那样的原因而导致混合料力学性能和路用性能的降低。

（3）本文选用两种常用的路用纤维，通过室内研究分析纤维的类型、剂量对沥青混合料的物理、力学参数进行规律性研究，结合对路用性能的影响变化规律分析，以期能准确了解和把握纤维沥青混合料力学参数的特点和路用性能的本质，为纤维沥青混合料的设计、施工提供参考。

2. 研究方案和材料选择

本文选用公路中常用的木质素纤维和聚合物纤维作为研究基础，木质素纤维为国产的松散装木质素纤维，聚合物纤维为国外进口的聚酯纤维[2]。沥青混合料类型选择AC-10型，级配见表1。沥青为 SBS 改性沥青，集料选用玄武岩，矿粉为石灰岩磨细而成。添加纤维到沥青混合料中的方法有干拌法和湿拌法两种，本文选取拌合效果好、易于分散的干拌法。首先，将烘干到预定温度的集料放入拌合锅内进行简单搅拌，接着添加需要数量的纤维进行混合、分散搅拌，最后再添加沥青和矿粉拌合均匀。

3. 纤维对沥青混合料路用性能影响分析

3.1 纤维对马歇尔试验结果的影响。

（1）由图1发现，当油石比较小时 （例如0.35%，木质素纤维>0.45%） 纤维沥青混合料的马歇尔稳定度减小幅度较大；当油石比较大时，相同油石比下纤维沥青混合料的马歇尔稳定度高于普通沥青混合料，这说明油石比较小而纤维剂量较大时，沥青用量不够，纤维吸收不充分，无法增大集料表面裹覆的结构沥青膜的厚度，不能有效改善沥青的稳定性，因而纤维沥青混合料的马歇尔稳定度反而有所降低，而随着沥青用量的增加，纤维的改善作用得以充分发挥，混合料的稳定度也有了较大的增加[2]。

（2）图2说明，马歇尔稳定度随纤维剂量的增加有一个峰值，两者的峰值对应的剂量基本在 0.2%～0.4%附近，添加过多的纤维可能会由于试件的击实效果，影响到混合料内部结构而使稳定度下降。

（3）分析图3和图4，随着纤维剂量的增加，流值逐渐增大，这可能是由于纤维的加入使沥青混合料结构韧性加大从而导致在承受马歇尔荷载时能够有较大的变形，尤其是剂量大时特征越明显。

3.2 纤维对沥青混合料高温性能的影响分析。

（1）图5 可知，纤维的添加可以较好地改善沥青混合料高温性能，但改善的效果因纤维种类而不同，从整体上来说，沥青混合料添加聚酯纤维比木质素纤维效果好[3]。纤维沥青混合料的动稳定度与纤维的剂量有一个峰值，两者比较理想的剂量均在 0.2～0.4%，当纤维剂量较小时纤维沥青混合料的动稳定度和普通沥青混合料的相比增加不明显，当沥青混合料中含有一定的剂量 （超过0.15%） 时，就具有一定的改善效果；当纤维剂量超过合理范围 （大于0.4%） 时，会由于纤维胶结和桥接的影响而使混合料的成型困难、压实难度增大，从而导致动稳定度下降，而且高剂量纤维需要昂贵的经济代价，显然也是不合理的。

（2）图6反映了不同类型纤维沥青混合料的油石比与动稳定度的关系。按动稳定度值来分析，聚酯纤维的最佳油石比小于木质素纤维大概0.2%左右；从对动稳定度的敏感性分析，聚酯纤维对混合料动稳定度敏感程度要大于木质素纤维，这就要求在施工聚酯纤维沥青混合料时对施工工艺的质量要求更高，尤其是对沥青混合料的油石比控制。

3.3 纤维对沥青混合料低温性能的影响分析。

（1）沥青混合料在掺加纤维后可以比较好的提高沥青混合料的低温抗裂性能。图7说明，纤维对沥青混合料低温性能的改善聚酯纤维要优于木质素纤维。对于纤维沥青混合料来说，当纤维剂量较小时，沥青混合料的低温弯曲应变提高的幅度比较大，当超过一定界限，低温性能基本不变化甚至可能下降，聚酯纤维的界限是0.225%，木质素纤维是 0.3%。

（2）图8说明了纤维沥青混合料的低温性能随油石比变化的规律，要想得到较好的低温性能，木质素纤维混合料的油石比要略高于聚酯纤维；从敏感性分析，聚酯纤维混合料的低温性能对油石比的变化的敏感程度低于木质素混合料，尤其是沥青用量偏多时。

3.4 纤维剂量与水稳性的关系。

（1）沥青混合料的水稳性采用残留稳定度和冻融劈裂试验来分析。图9和图10显示纤维混合料的残留稳定度、冻融劈裂强度与纤维剂量的关系。

（2）图9和图10均说明沥青混合料中掺加纤维对水稳性的改善具有一定的效果，而且随纤维剂量的增加，改善效果存在一峰值[4]。依据残留稳定度试验结果，掺加木质素纤维的效果要好，最佳剂量木质素纤维为0.3%，聚酯纤维为0.35%；依据冻融劈裂试验结果，掺加聚酯纤维的效果要好，最佳剂量聚酯纤维为0.225%，木质素纤维为0.4%。

（3）综上分析，纤维沥青混合料有一个合理的剂量，可以比较好的改善高温、低温以及水稳性能。结果表明，聚酯纤维的剂量以小于0.225%，木质素纤维以小于0.3%为宜。

4. 结论和建议

依据本文的研究结果，可以得出以下结论：

（1） 沥青混合料在加入纤维后降低了密度随油石比变化的敏感性，但是当纤维剂量过大时，密度降低幅度加大但对沥青的敏感性又有所提高。

（2） 纤维的添加可以较好地改善沥青混合料高温性能，但改善的效果因纤维种类而不同，从整体上来说，沥青混合料添加聚酯纤维有比木质素纤维效果好，聚酯纤维对混合料动稳定度敏感程度要大于木质素纤维。两者纤维比较理想的剂量均为0.2～0.4%。

（3） 依据纤维对沥青混合料低温性能的改善效果，聚酯纤维要优于木质素纤维；聚酯纤维混合料的低温性能对油石比的变化的敏感程度低于木质素混合料，尤其是沥青用量偏多时。

参考文献

[1] 周亮，等.纤维对沥青混合料高温性能影响分析，武汉理工大学学报，2008.

[2] 张宜洛，等. 施工温度对纤维沥青混合料性能指标的影响规律研究，公路，2006.

[3] 李 伟，凌天清等.路面纤维沥青应力吸收中间层试验研究重庆，重庆交通大学学报，2009.

[4] 李坤，李玉华. 纤维封层层间粘结强度形成机理[J]. 公路交通技术，2009.

[基金项目]河南省2013年科技发展计划项目（132102210464）：沥青路面纤维增强封层关键技术研究。

[文章编号]1619-2737（2015）06-16-396

[作者简介] 赵峰（1969-），男，籍贯：河南上蔡人，学历：本科，职称：高级工程师，长期从事公路工程技术与管理工作。