聚酯纤维沥青混合料在桥面铺装中的应用

摘要：通过对比掺加0.2%聚酯纤维的AC-20沥青混合料和AC-20沥青混合料的各项性能，分析了聚酯纤维沥青混合料的优良路用性能；并介绍了施工方法；最后从技术、寿命、经济的角度分析了纤维沥青混合料的应用前景。

关键词： 聚酯纤维沥青混合料桥面铺装

前言：我国高速公路交通量大、重载车多、桥面铺装层质量的好坏直接影响到行车安全、桥梁的使用寿命和投资效益，且受气侯条件复杂的影响，要求桥面铺装层有更好的高温稳定性、低温抗裂性、疲劳耐久性和抗水害性。

1．工程概况

合淮阜高速公路是河南与安徽的重要交通要道。淮河特大桥位于淮南市与阜阳市交界的淮河流域上，冬季寒冷、夏季严热、四季潮湿，桥长15.576km，铺面铺装设计结构形式为：掺加0.2%聚酯纤维的6cmAC-20沥青混合料下面层+4cm的SMA-13沥青混合料表面层。

2． 材料组成

2.1采用浙江兰亭高科生产的沥青。

2.2采用石灰岩碎石，规格分别为4.75-9.5mm、9.5-16mm、16-19mm；石灰岩机制砂；石灰岩磨细矿粉。

2.3聚酯纤维技术指标如表1

3． 配合比设计

纤维沥青混合料配合比设计与普通沥青混合料的设计方法基本相同，主要有四个阶段：纤维类型选择及纤维掺加量确定、混合料目标配合比设计、生产配合比确定和生产配合比验证阶段。纤维掺量及不同纤维掺量下的最佳沥青用量的确定是关键，这要结合纤维沥青混合料对马歇尔设计指标的影响来确定。

根据《规范》的要求通过反复试算给出了矿料的合成级配，如图1所示

为提高混合料中粗集料的用量、控制粉胶比，从而提高混合料的抗车辙能力、使用寿命，其中4.75mm筛孔的通过率为33.0%， 0.075mm筛孔的通过率为5.2%。

4． 混合料性能检测

用以上材料和合成级配的要求，以4.2%的油石比拌制普通的AC-20沥青混合料和掺加0.2%聚酯纤维的AC-20沥青混合料两组。并分别进行了沥青混合料马歇尔稳定度、车辙、残留稳定度、冻融劈裂及小梁弯曲试验。下面我们就试验结果和实际观测情况看一下两种混合料的性能。

4.1马歇尔试验结果

在相同的试验条件下对两种混合料进行马歇尔稳定度检测，试验结果如表2

从表2的结果可以看出掺加聚酯纤维的沥青混合料马歇尔稳定度高于普通的AC-20沥青混合料，这是因为按混合料质量的0.2%加入聚酯纤维后，每方混合料约有18亿根分离的纤维吸附稳定沥青，增加沥青稠度和粘聚力。同时纤维以三维立体的方式加强混合料的力学强度，为混合料提供巨大的内聚力，并因加筋桥接作用提高了试件的马氏稳定度，有效的抑制路面的开裂剥落。

4.2沥青混合料高温稳定性检测

用动稳定度（DS）来表征沥青混合料的高温稳定性，取两种混合料的车辙试件，以同一台车辙仪在相同的条件下进行试验，得到如下表3的动稳定度

表3 动稳定度检测结果

由表3看出添加纤维后，沥青混合料的动稳定度增大，即有更好的高温抗车辙能力。这是由于聚酯纤维对沥青的吸附能力，沥青中较轻的油分被纤维吸收后，软化点提高，粘稠度和粘聚力增大；同时纤维纵横交错的加筋和桥接作用，减小沥青的流动性，限制集料的侧向位移。从而劲度增加，提高了疲劳耐久性、高温稳定性。

4.3混合料的水稳定性检验

对两种混合料试件，进行浸水48小时马歇尔残留稳定度和冻融劈裂残留强度对比试验，试验结果如表4

从表4看出加纤维沥青混合料的残留稳定度和冻融劈裂残留强度都要高于普通的沥青混合料。因为纤维的吸附作用使沥青的粘滞度提高，有效地抑制水对沥青与集料间粘附效果的破坏，使沥青混合料水稳定性显著提高。

4.4检测混合料的低温抗裂性

两种混合料的小梁弯曲试验结果如下表5

由表5看出，纤维沥青混合料在低温抗裂性能方面的优越性。普通沥青路面在气温骤降或天气寒冷时，会因路面急剧收缩来不及应力松弛而产生开裂。而纤维混合料的纤维对沥青的吸收作用，使沥青混凝土中最佳沥青用量增大，使混凝土在低温收缩时具有较好的低温延展性；同时，较高的沥青含量减缓沥青的老化速度，延长路面的使用帮命。纤维丝，具有较高的抗拉强，在混凝土中起着多向的“加筋”作用，有效分散急剧变化的应力，抑制温缩裂缝的产生并可以防止反射裂缝的发展。

5.混合料的施工方法

5.1纤维沥青混和料的拌和

与普通沥青混合料基本相同，但应注意以下几方面：

5.1.1纤维的添加

有两种方法：一是根据每盘沥青混合料的总质量计算出每盘所需纤维用量，预先用易熔塑料袋包装好，在冷却进仓后，干拌循环开始时用手工从观察孔或其它独立入口投入拌和机；二是通过压缩空气从筒仓吹入拌和机，要求拌和机带有纤维分散装置。本项目采用后者。

5.1.2拌和时间

纤维和热集料同步注入，并保证纤维的分散性，为确保集料与纤维稳定剂均匀混合，在一般情况下，干拌或湿拌时间比平常情况延长5～15S，延长的时间取决于所用间歇式装置的构造、模式以及加入混合料的纤维类型和数量。

5.1.3拌和出厂的温度

在沥青混合料拌和中，一般应将各环节温度提高10～15℃。即矿料温度控制在160～180℃之间，沥青加热温度145～170℃，且加热温度不宜超过6h，当天加热当天用完，以免老化，混合料出厂温度为160～180℃。

5.1.4拌和质量检测与调整

试拌一盘后即抽样进行质量检查，观察纤维是否分散均匀，测量料温，并观察混合料的颜色和堆积中的形态以判断沥青的用量，以便及时调整沥青用量、拌和温度和拌和时间。通过试拌，采用干拌10秒，湿拌38秒，就能将纤维均匀的分布在混合料中，生产出均匀和易性好的沥青混合料。而普通沥青混合料干拌时间要7秒，湿拌时间也要35秒，也就是说加入纤维拌和时间比普通混合料长6秒。

5.1.5取样测试与调整

通过抽提试验，检测关键筛孔的集料和沥青用量，与JTG F40―2004规定的容许误差进行比较，没有发现因为拌和时间增加而造成集料的过多磨损（如有情况及时进行调整与控制）。

5.2纤维沥青混和料的摊铺和碾压

沥青混和料摊铺与普通沥青混和料基本相同，但要求摊铺温度为150～170℃，初压温度为145～160℃，终压温度不低于115℃为宜，碾压时在普通沥青混凝土压实方案的基础上，增加20t胶轮压路机复压2遍。但实际施工过程中，即使普通沥青混合料，各施工单位也都采用大吨位的压路机，所以只要控制好压实工艺，纤维沥青混合料也不用特意增加压实功。

6．混合料性价分析

聚酯纤维加强型沥青混合料的施工方法在操作工艺、温度控制、质量检测方面与普通沥青混合料基本一致，仅在拌和时间、混合料的出厂温度上有所不同。但是通过前面的试验看出聚酯纤维加强型沥青混合料的各项性能明显高于普通的混合料，从以往经验看，加入纤维后路面的使用寿命明显延长，减少日常维修。从长远角度看，具有显著的经济效益和社会效益。

结束语

（1）聚酯纤维加强型沥青混合料具有更好的高温稳定性、低温抗裂性、疲劳耐久性和抗水害性，可有效延长桥面铺装的使用寿命。

（2）聚酯纤维沥青混合料对原材料的技术要求与普通沥青混凝土相同，不需要改造拌和设备，不增加施工难度，社会经济效益明显，性价比高，是一种优良的桥面铺装材料。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。