聚酯纖維排水性瀝青混合料水穩(wěn)定性研究

張嶺嶺 （洛陽科技職業(yè)學(xué)院，河南 洛陽 471000）

0 引言

排水性瀝青路面起源于歐洲，其空隙率在18%～25%之間，具有良好的行車安全性和舒適性，能夠減少交通事故，并且可以降低車輛行駛時(shí)產(chǎn)生的噪音，緩解城市“熱島效應(yīng)”，是一種安全環(huán)保型路面。然而，排水性瀝青路面特有的大空隙結(jié)構(gòu)使得其更容易受到水的侵蝕而損壞，使其劈裂抗拉強(qiáng)度降低，產(chǎn)生飛散、剝落等病害，進(jìn)而影響其正常使用，在季節(jié)性冰凍地區(qū)這種破壞更為明顯。為此，借鑒國外路面的先進(jìn)技術(shù)，在瀝青路面中摻加纖維是一種切實(shí)可行并有效的方法。20世紀(jì)70年代，歐美等許多國家對(duì)瀝青路面路用纖維的研究達(dá)到高潮。我國自20世紀(jì)90年代以來也開始進(jìn)行了聚酯纖維瀝青混凝土的研究，且已經(jīng)應(yīng)用于高等級(jí)公路路面工程中。聚酯纖維可以在一定程度上能增大瀝青用量，提高瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度和水穩(wěn)定性，對(duì)延長路面的使用壽命具有重要意義。因此，在已有研究成果的基礎(chǔ)上，研究不同聚酯纖維摻量對(duì)排水瀝青混合料強(qiáng)度的影響程度及變化規(guī)律，以確定聚酯纖維的最佳摻量，提高排水瀝青路面的耐久性和經(jīng)濟(jì)性。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

集料采用石灰?guī)r，其主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示，礦粉由石灰?guī)r磨細(xì)得到，礦粉占集料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為4%，瀝青采用SBS改性瀝青，其主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。纖維采用潤方路用聚酯纖維，聚酯纖維摻量為 0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%。聚酯纖維主要性能指標(biāo)如表3所示，其外觀如圖1所示。

集料技術(shù)指標(biāo) 表1

SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo) 表2

聚酯纖維性能 表3

圖1 聚酯纖維

1.2 集料級(jí)配

集料級(jí)配采用《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 190-2012）中的細(xì)粒式PAC-13，各粒徑通過率取中值，如表4所示。

集料級(jí)配 表4

1.3 瀝青用量

初始瀝青用量按式(1)和式(2)計(jì)算，其中瀝青膜厚h=14μm。

式中：P—初始瀝青用量；

h—瀝青膜厚；

A—集料總的表面積；

a,b,c,d,e,f,g—分別為4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm，0.075mm篩孔的通過率。

經(jīng)計(jì)算初始瀝青用量為5%。在初始瀝青用量的基礎(chǔ)上以0.5%為變量，設(shè)置5組瀝青用量分別為4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%，進(jìn)行謝倫堡析漏試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得到瀝青用量與析漏損失的關(guān)系曲線，求出最佳瀝青用量。試驗(yàn)得出聚酯纖維摻量0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%的最佳瀝青用量分別為4.9%、5.0%、5.1%、5.2%、5.3%。

1.4 試驗(yàn)方案

對(duì)排水性瀝青混合料試件進(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)，根據(jù)凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比來評(píng)價(jià)其水穩(wěn)定性，每種纖維摻量采用擊實(shí)法同時(shí)制作8個(gè)馬歇爾試件，將試件隨機(jī)分成兩組，每組4個(gè)。第一組試件在室溫下保存?zhèn)溆?，第二組試件按凍融劈裂試驗(yàn)規(guī)范要求的條件進(jìn)行一次凍融循環(huán)。將第一組試件和第二組試件放進(jìn)25℃±0.5℃的恒溫水槽中不少于2h，然后進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定出排水瀝青混合料水穩(wěn)定性隨聚酯纖維摻量的變化規(guī)律，求出聚酯纖維的最佳摻量。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)所用儀器為北京航天科宇測(cè)試儀器有限公司生產(chǎn)的SYD-0713型瀝青混合料單軸壓縮試驗(yàn)機(jī)，壓力傳感器量程為100kN，分辨率為0.01kN，機(jī)動(dòng)速度為50mm/min，如圖2所示。凍融劈裂試驗(yàn)平行試件的個(gè)數(shù)為4個(gè)，按照規(guī)范要求的精確度對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果如表6所示。

凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果 表5

圖2 劈裂試驗(yàn)

凍融劈裂試驗(yàn)平行試件的個(gè)數(shù)為4個(gè)，按照規(guī)范要求的精確度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果處理，結(jié)果如表5所示。

2.2 劈裂試驗(yàn)結(jié)果分析

從表4可以看出，試件的劈裂抗拉強(qiáng)度隨纖維摻量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律。這是因?yàn)榫埘ダw維具有較大的比表面積和吸附性，可以增大瀝青混合料的最佳瀝青用量，增大瀝青膜厚，同時(shí)還可以吸附瀝青中的飽和烴和芳香烴，增加了瀝青的粘性，使得瀝青與集料之間的粘結(jié)力增大，從而提高了試件的劈裂抗拉強(qiáng)度。此外，聚酯纖維具有很高的抗拉強(qiáng)度，其隨機(jī)分散在瀝青混合料中，能夠起到加筋和橋接的作用，這也可以提高瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度。但是，當(dāng)聚酯纖維摻量超過一定值時(shí)，劈裂抗拉強(qiáng)度反而降低，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是隨著聚酯纖維摻量的增加，其在瀝青混合料中很難分散均勻，纖維之間會(huì)互相纏結(jié)甚至結(jié)團(tuán)，其作用會(huì)減弱，劈裂抗拉強(qiáng)度隨之降低。

從表4還可以看出，試件經(jīng)過凍融循環(huán)后，其劈裂抗拉強(qiáng)度明顯下降。因?yàn)轳R歇爾試件經(jīng)過真空飽水后，浸入的分水，在-15℃的溫度條件下會(huì)產(chǎn)生凍脹作用，同時(shí)瀝青在低溫環(huán)境下會(huì)變脆，在瀝青混合料中會(huì)產(chǎn)生微裂紋，從而降低劈裂抗拉強(qiáng)度。此外，凍過的試件在60℃的水浴中浸泡24h后，導(dǎo)致瀝青軟化，水會(huì)浸入到瀝青與集料的界面，從而導(dǎo)致瀝青與集料表面的黏附失效，粘結(jié)力減小，從而降低了瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度。

2.3 水穩(wěn)定分析

凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比是水損害前后瀝青混合料試件劈裂抗拉強(qiáng)度的比值，用于評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性，排水性瀝青路面由于要將地面水通過面層滲到基層，具有較大的連通空隙率，更容易受到水的侵蝕，對(duì)其水穩(wěn)性要求較高。因此，研究排水瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比具有重要意義。根據(jù)凍融劈裂試驗(yàn)，不同聚酯纖維摻量的瀝青混合料凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比如圖3所示。

圖3 水穩(wěn)定性與聚酯纖維摻量的關(guān)系曲線

由圖3可以看出，隨著聚酯纖維摻量的增加，凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律。當(dāng)聚酯纖維摻量增大至0.35%時(shí)，凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比為82.8%，達(dá)到最大值，其水穩(wěn)性最好。但是當(dāng)聚酯纖維摻量超過0.35%時(shí)，凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比反而逐漸減小。表明摻加聚酯纖維對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)性也有不利影響，主要因?yàn)榫埘ダw維有一定的吸水性，此外，加入聚酯纖維后瀝青混合料不易被壓實(shí)，使得瀝青混合料空隙率增大，增大了其與水的接觸面積，更容易受到水的破壞。

3 結(jié)論

①排水性瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度隨聚酯纖維摻量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律。未凍融試件的劈裂抗拉強(qiáng)度在聚酯纖維摻量為0.45%時(shí)取得最大值0.77MPa。

②凍融試件的劈裂抗拉強(qiáng)度在聚酯纖維摻量為0.4%時(shí)取得最大值0.55MPa。

③排水性瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比隨聚酯纖維摻量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律。在聚酯纖維摻量為0.35%時(shí)，凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比達(dá)到最大值82.8%，其水穩(wěn)性最好。