論聚酯纖維對路面養(yǎng)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?。?985—），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(wù)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(shè)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(nèi)試驗和路面試驗，評價聚酯纖維的作用效果。試驗結(jié)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(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)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(shè)計與施工提供技術(shù)參考。

關(guān)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(huán)境的共同影響下，瀝青路面表層將不可避免地產(chǎn)生變形、開裂、貧油病害現(xiàn)象[1]。瀝青混合料剝落是導(dǎo)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(yù)處理是保證路面使用性能、減緩病害發(fā)展的關(guān)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(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)，主要用于提高路用性能。瀝青混合料是超薄罩面的關(guān)鍵材料，其性能直接影響超薄罩面質(zhì)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(nèi)聚力、黏結(jié)力，提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)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(yǎng)護超薄罩面瀝青混合料的性能影響，旨在為超薄罩面設(shè)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(zhì)集料和瀝青膠結(jié)料。具體規(guī)格參數(shù)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(zhì)集料：選用滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）要求的礦質(zhì)集料，包括石灰?guī)r、玄武巖、花崗巖和河卵石等，并經(jīng)集料材質(zhì)檢測，具體見表1～3，其質(zhì)量性能指標均達到技術(shù)標準[5-6]。設(shè)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(jié)料：SBS改性瀝青膠結(jié)料主要技術(shù)指標測試結(jié)論，見表4，滿足材質(zhì)性能標準。選用改性瀝青，根據(jù)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(shè)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(qū)別在于礦料合成級配的形狀、油石比?？障缎统≌置鏋r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(jù)測試結(jié)果分析油石比對超薄罩面瀝青混合料性能的影響規(guī)律，確定兩種類型的超薄罩面瀝青混合料的最佳油石比。結(jié)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(jù)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(guān)試驗，評價超薄罩面混合料的抗車轍性、抗裂性、水穩(wěn)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(wěn)定度試驗和飛散試驗，評價超薄罩面混合料的動穩(wěn)定度、最大彎拉應(yīng)變、殘留穩(wěn)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(jié)果

序號 薄混合料

類型 纖維摻

配量/% 動穩(wěn)定度/

（次/mm） 最大彎拉

應(yīng)變/εμ 殘留穩(wěn)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(wěn)定度、最大彎拉應(yīng)變和殘留穩(wěn)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(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性。

（1）UTO-10空隙型超薄罩面混合料的動穩(wěn)定度和最大彎拉應(yīng)變隨著纖維摻量的增加呈現(xiàn)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(wěn)定度和最大彎拉應(yīng)變隨著纖維摻量的增加呈現(xiàn)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(fā)揮纖維的作用。

（3）兩種類型的超薄罩面混合料的殘留穩(wěn)定度比隨著纖維摻量的增加均呈現(xiàn)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(yōu)。

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(jié)果

序號 超薄混合

料類型 纖維

長度/mm 動穩(wěn)定度/

（次/mm） 最大彎拉

應(yīng)變/εμ 殘留穩(wěn)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(wěn)定度和最大彎拉應(yīng)變先增加后減少，殘留穩(wěn)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(wěn)定度由4 979次/mm增加到5 725次/mm，增加了14.96%，最大彎拉應(yīng)變由2 763 εμ增加到3 360 εμ，增加了21.62%，殘留穩(wěn)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(wěn)定度由5 725次/mm減少到5 471次/mm，減少了4.44%，最大彎拉應(yīng)變由3 360 εμ減少到3 161 εμ，減少了5.92%，殘留穩(wěn)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(wěn)定度和最大彎拉應(yīng)變先減少后增加，殘留穩(wěn)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(fā)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(wěn)定度由3 885次/mm增加到4 261次/mm，減少了9.67%，最大彎拉應(yīng)變由3 125 εμ增加到3 318 εμ，增加了6.18%，殘留穩(wěn)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(wěn)定度由4 261次/mm減少到4 175次/mm，減少了2.02%，最大彎拉應(yīng)變由3 318 εμ減少到3 314 εμ，減少了0.12%，殘留穩(wěn)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(jié)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(nèi)聚力和黏結(jié)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(yōu)。

4 結(jié)語

綜上所述，根據(jù)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(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和耐久性等性能試驗，得出以下結(jié)論：

（1）聚酯纖維可以吸附瀝青，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高

（下轉(zhuǎn)第70頁）

（上接第66頁）

超薄罩面瀝青混合料的高溫穩(wěn)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(yīng)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（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。

參考文獻

[1]朱洪洲， 譚祺琦， 楊孝思， 等. 纖維改性瀝青混合料性能的研究現(xiàn)狀與展望[J]. 科學技術(shù)與工程， 2022（7）： 2573-2584.

[2]周志剛， 蔡揚發(fā)， 譚軍. 聚酯纖維對橡膠改性瀝青混凝土性能的影響[J]. 長沙理工大學學報（自然科學版）， 2021（2）： 1-8.

[3]廖威. 聚酯纖維瀝青混合料路用性能研究與應(yīng)用[J]. 工程技術(shù)研究， 2021（7）： 149-150.

[4]王峻巖， 張根富， 趙斯文. 透水聚酯纖維瀝青混合料動力學特性研究[J]. 合成材料老化與應(yīng)用， 2023（5）： 99-102.

[5]張抒幻， 吳金榮， 張濤. 鋼渣粉/聚酯纖維瀝青混合料水穩(wěn)定性研究[J]. 科學技術(shù)與工程， 2023（2）： 785-793.

[6]李鈺， 劉金修， 李澤， 等. 考慮凍融循環(huán)的聚酯纖維瀝青混合料性能研究[J]. 公路與汽運， 2023（5）： 53-57.

[7]陳虎， 肖鵬， 張垚， 等. 基于馬歇爾方法的密級配瀝青混合料最佳瀝青膜厚度研究[C]. 2022世界交通運輸大會（WTC2022）論文集（公路工程篇）， 北京：中國公路學會， 2022： 9-17.

[8]顧曉燕， 高劍飛， 李惠翔. 聚酯纖維用于環(huán)氧樹脂瀝青混合料增柔及增韌技術(shù)研究[J]. 中外公路， 2022（3）： 247-250.

[9]江雨倩. 聚酯纖維對RAP溫拌再生瀝青混合料疲勞性能的影響研究[J]. 西部交通科技， 2022（5）： 73-75+85.

[10]劉治國. 公路工程聚酯纖維改性瀝青路面施工技術(shù)研究[J]. 黑龍江交通科技， 2021（10）： 55-56.

[11]呂建偉， 李大鵬. 超薄層瀝青混凝土在預(yù)防性養(yǎng)護工程中的應(yīng)用[C]. 中國公路學會養(yǎng)護與管理分會第六屆學術(shù)年會論文集（上卷）， 北京：中國公路學會養(yǎng)護與管理分會， 2016： 170-175.

[12]周武軍， 歸楷昌. EMC-13超薄罩面混合料路用性能試驗研究[C]. 中國公路學會養(yǎng)護與管理分會第十二屆學術(shù)年會論文集， 北京：中國公路學會養(yǎng)護與管理分會， 2022： 372-376.