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-87-纤维改性橡胶沥青混合料性能及应用研究张 娟（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）摘要：为了提高橡胶沥青混合料性能，选用聚酯纤维作为添加剂，对不同聚酯纤维掺量下沥青混合料的性能进行了试验及应用研究。研究结果表明：在橡胶沥青混合料中掺入一定量的聚酯纤维后，混合料的高低温性能、水稳定及抗疲劳性能均得到了较好的提升，并随聚酯纤维掺量的增加呈先增加后降低的趋势。综合室内试验与工程应用成果，建议聚酯纤维的最佳掺入量取0.15%，且不宜超过0.2%。关键词：橡胶沥青混合料；聚酯纤维；室内试验；工程应用中图分类号：U416.217文献标识码：BStudy on performance and application of fiber modified rubber asphalt mixtureZHANG Juan（Shanxi Provincial Transportation Planning Survey and Design Institute Co.,Ltd.,Shanxi Taiyuan 030032 China）Abstract:Inordertoimprovetheperformanceofrubberasphaltmixture,polyesterfiberwasselectedasanadditive,andtheperformanceofasphaltmixturewithdifferentcontentofpolyesterfiberwastestedandapplied.Theresultsshowthatafteraddingacertainamountofpolyesterfiberintotherubberasphaltmixture,thehighandlowtemperatureperformance,waterstabilityandfatigueresistanceofthemixturearebetterimproved,andtheincreaseofpolyesterfibercontentincreasesfirstandthendecreases.Basedontheindoortestandengineeringapplicationresults,itissuggestedthattheoptimalblendingamountofpolyesterfibershouldbe0.15%,andshouldnotexceed0.2%.Key words:rubberasphaltmixture;polyesterfiber;indoortest;engineeringapplication引言目前，橡胶沥青混合料已广泛应用于沥青路面建设中，相关研究表明在普通沥青中掺入一定量的废弃橡胶颗粒可以有效提高沥青的高温稳定性及抗老化性能，提高沥青与集料的黏结性能，同时可有效降低轮胎与路面接触所产生的噪声1-3，并可以有效解决废旧橡胶的处理问题，保护环境。但从目前已有研究及工程应用实践发现橡胶沥青混合料的低温抗裂性能及抗水损害能力不强，不利于其推广与应用4-6。以提高橡胶沥青混合料水稳定性能等路用性能为目的，在橡胶沥青混合料中掺入一定量的聚酯纤维，通过室内试验对纤维改性橡胶混合料的路用性能进行了研究，并在具体工程应用中对其实际应用效果进行了验证。1 室内试验1.1 试验材料（1）聚酯纤维：试验所用纤维的物化性能，见表1。表 1 聚酯纤维相关性能指标长度/mm当量直径/m抗拉强度/MPa弹性模量/MPa熔点/耐热能力/6110259509 500240260210（2）沥青：采用成品橡胶沥青，相关性能见表2。表 2 橡胶沥青的性能指标指标测值规范要求25 针入度/（0.1 mm）76.54080软化点/7350延度（5，5 cm min-1）/cm3810135 运动黏度/（Pa s）1.2083.000闪点/315230溶解度（三氯乙烯）/%99.997.525 弹性恢复/%9560旋转薄膜加热试验（163）质量损失/%0.034（1）针入度比/%76555 延度/cm245收稿日期：2022-09-24作者信息：张娟（1985），女，山西昔阳人，高级工程师。张 娟：纤维改性橡胶沥青混合料性能及应用研究-88-（3）集料：集料选用玄武岩，矿粉选用石灰石粉末，相关性能见表3。表 3 碎石集料的性能检测结果集料种类指标检测结果规范标准细集料坚固性/%6.712矿料砂当量/%7865粗集料压碎值/%14.126洛杉矶磨耗损失%11.328针片状含量/%8.415坚固性/%9.412磨光值（BPN）63421.2 配合比设计（1）矿料级配：选用AC-13级配，合成级配见表4。表 4 沥青混合料级配组成（AC-13）筛孔孔 径/mm0.075 0.15 0.30.6 1.18 2.36 4.75 9.5 13.216通过率设计级配范围/%4 85 157 2010 2815 3824 5038 6868 8590 100100合成级配/%61013.61926.4375376.595100（2）确定最佳油石比：聚酯纤维掺量取0%0.35%，制备试件进行马歇尔试验，结果见表5。表 5 马歇尔试验结果纤维掺量/%最佳油石比/%空隙率/%稳定度/kNVMA/%VFA/%流值/mm04.74.1613.5214.270.530.160.104.84.1413.9614.471.831.210.154.94.1114.2014.872.131.810.204.94.0814.2514.972.432.010.255.04.0514.1915.072.832.250.305.14.0714.0515.272.932.541.3 试验方案参照 公路沥青路面施工技术规范（JTGF402004）相关要求分别制备不同聚酯纤维掺量下的试件进行试验检测相关路用性能，室内试验方案见表6。表 6 室内试验方案及条件名称试验条件试件尺寸评测 指标高温车辙试验温度60，轴载0.7 MPa300 mm300 mm 50 mm动稳 定度低温小梁弯曲试验温度-10、-15，加载速率50 mm/min250 mm35 mm 30 mm弯拉破坏应变浸水马歇尔试验两组试件分别60 水浴养护30 min、48 h101.6 mm 63.5 mm残留 稳定度冻融劈裂试验1组25 水浴养护2 h；2组-18 水浴养护 24 h后25 养护2 h冻融 劈裂 强度比疲劳性能试验温度15，连续正弦波加载，加载频率 10 Hz38.1 cm6.35 cm 5.06 cm疲劳 寿命2 室内试验结果分析2.1 高温稳定性车辙试验结果见图1。7 4006 8006 2005 6005 0004 4003 8003 2002 6002 0000 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30动稳定度/（次mm-1）聚酯纤维掺入量/%图 1 车辙试验结果由图1可知，随着纤维掺量的增加，动稳定度先增加后降低，并且在纤维掺量为0.15%时，动稳定度达到最大值（6629次/mm），此时，相比0%掺量聚酯纤维混合料，动稳定度提升了约40%，高温性能提升显著。分析动稳定度随纤维掺量先增大后降低的原因可知：纤维掺量较少时，纤维分布均匀，对混合料起到了加筋作用，加强了混合料的骨架结构，从而提高了高温稳定性。但是当纤维掺量达到饱和后，过多的纤维将团聚在一起，无法被沥青完全包裹，增大了沥青混合料的孔隙率，由此降低了矿料间的相互作用力，致使抗高温性能降低。2.2 低温抗裂性低温小梁弯曲试验选用MTS试验机，试验结果见图2。2023 年第 3 期山东交通科技-89-1 4501 4001 3501 3001 2501 2001 1500 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30聚酯纤维掺入量/%弯拉破坏应变/图 2 低温小梁弯曲试验结果由图2可知，随着聚酯纤维掺量的增加，弯拉破坏应变呈先增后降的趋势，当纤维掺量为0.15%时，达到了最大值1411，相比0%纤维掺量的混合料提高了2.4%，低温抗裂性能有所提升。但当纤维掺量0.15%后，低温抗裂性能开始出现降低，这是因为过量的纤维相互交织在一起，不能被沥青胶结料充分包裹黏结，从而降低了沥青混合料的整体性能，容易产生裂缝。因此，在具体工程应用中，要对此现象引起重视，严格控制纤维的掺量。2.3 水稳定性能水稳定性能试验结果见图3和图4。888786858483828189790 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30劈裂强度比/%聚酯纤维掺入量/%图 3 冻融劈裂强度试验结果9493929190890 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30聚酯纤维掺入量/%残留稳定度/%图 4 浸水马歇尔试验结果由图3、图4可知，当聚酯纤维的掺入量不大时，冻融劈裂强度比与残留稳定度随纤维掺量增加逐渐增加。这是因为一定量纤维掺入到混合料中后，对混合料起到了“桥接”作用，有效地抵消了浸水膨胀后所产生的力。但是当纤维掺量0.15%后，纤维掺量达到饱和，过多的纤维集聚成团，使得集料与沥青之间相互黏结作用减弱，整体性降低。同时，在沥青膜中过多的纤维分散不均匀，将形成纤维束通道，使得水容易通过纤维束通道穿透沥青膜，由此降低水稳定性能。2.4 抗疲劳性能疲劳性能试验试验结果见图5。16 00014 00012 00010 0008 0006 0004 0002 0000 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30聚酯纤维掺入量/%疲劳寿命/次图 5 纤维掺入量与疲劳寿命之间的关系由图5可知，掺入纤维后，混合料的抗疲劳性能得到了显著提升。相比0%纤维掺量混合料，当掺入0.15%聚酯纤维后，疲劳寿命提升了52.18%。但是当纤维掺量0.15%后，橡胶沥青混合料的抗疲劳性能出现了一定程度的降低，这主要是一定量的纤维可以有效地与沥青和集料相结合，但纤维掺入过量后会在混合料中分散不均匀，致使混合料出现受力不均点，在荷载的反复作用下容易产生裂缝并扩展，降低了使用寿命。3 工程应用3.1 试验路段概况某新建国道工程采用沥青路面，路面上面层采用橡胶沥青混合料。该道路K35+121K36+121段作为本次研究的试验路段，路面上面层结构采用4cm厚AC-13聚酯纤维改性橡胶沥青混合料，其他路面结构保持一致。聚酯纤维的掺量取0.15%，施工现场所用材料及配合比设计均同室内试验，橡胶沥青为工厂生产好的成品沥青。施工过程中采用红外热像仪对出料温度（185）及施工温度（175）进行严格控制，并在各施工环节严格控制施工质量。3.2 施工检测及评价K35+121K36+121段铺筑完成后，参照公路路基路面现场测试规程（JTG34502019）对试验路段的性能进行了检测，结果见表7。张 娟：纤维改性橡胶沥青混合料性能及应用研究-90-表 7 K35+121K36+121 试验路段路面性能检测结果检测项目检测结果规范要求压实度9890构造深度/mm1.020.55抗滑值（BPN）7945渗水系数/（ml min-1）35120由表7可知，试验路段K35+121K36+121段各项性能检测结果均很好地满足规范要求，各项性能优异。该新建道路全段通车后，持续对比观测了试验路段的实际路用性能，观测结果表明：通车两年内，该新建国道交通流量较大，受到了多次高温及冻融循环天气的影响，试验路段路面平整度较高，未出现车辙、裂缝等病害。而其他未掺纤维的橡胶沥青混合料路段，部分路面出现了轻微的车辙、龟裂及剥落等病害。观测结果表明：聚酯纤维的掺入可有效提高橡胶沥青混合料的性能，实际应用效果优异。4 结语（1）在橡胶沥青混合料中掺入一定量的聚酯纤维后，混合料的高低温性能、水稳定及抗疲劳性能均得到了较好地提升。（2）橡胶沥青混合料的各项路用性能随聚酯纤维掺量的增加呈先增加后降低的趋势，且均在纤维掺量为0.15%时达到最大值。（3）综合室内试验结果，具体工程应用中建议聚酯纤维的最佳掺入量取0.15%，不宜超过0.2%。（4）现场工程应用表明：纤维改性橡胶沥青路面实际路用性能优异，推广前景广阔。参考文献：1 袁之松,韩伟,吕小东.橡胶沥青AR-SMA-5配合比设计J.交通科技,2010（s1）:52-54.2 张跃峰.对改性沥青混合料中粉胶比研究初探J.山西交通科技,2003（s1）:10-12.3 杨建国.纤维加强橡胶沥青混合料路用性能试验研究J.内蒙古公路与运输,2014（2）:10-12.4 刘少鹏,黄卫东,纪淑贞.掺加纤维对橡胶沥青混合料疲劳性能的影响J.华东交通大学学报,2014（5）:6-11.5 游金梅.不同级配纤维橡胶沥青混合料路用性能研究J.公路工程，2015,40（1）:217-220.6 哈斯图雅.木质素与橡胶粉复合改性沥青混合料路用性能研究J.公路工程,2014（6）:170-174.（上接第86页）影响，其次是空隙率和试验时间；试验温度、试验时间和空隙率对流值影响程度一致。用马歇尔模数表征沥青混合料高温抗变形能力，高温抗变形能力最佳的组合是：水浴温度为60，水浴时间为0.5h，空隙率为1.2%。参考文献：1 廖伟,延喜乐,田建文,等.试件成型温度对沥青混合料马歇尔稳定度的影响J.土木工程,2017,6（5）:484-491.2 中华人民共和国行业标准.公路沥青路面施工技术规范:JTG F402004S.北京:人民交通出版社,2004.3 中华人民共和国行业标准.公路工程集料试验规程:JTG E422005S.北京:人民交通出版社,2005.4 肖华宪.AC-25C沥青混合料级配正交优化试验研究J.公路工程,2012.37（4）:247-249,252.