張達(dá)

（石家莊市交投津石高速公路建設(shè)管理有限公司深正分公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

聚酯纖維材料作為輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久性良好的增強(qiáng)材料，被越來越多地應(yīng)用于瀝青混凝土路面施工中。相關(guān)實踐結(jié)果表明，在混合料中適量摻加聚酯纖維材料后，可改善混合料各項性能，尤其是低溫條件下的抵抗裂縫產(chǎn)生的能力、水穩(wěn)定性與抗疲勞性，是當(dāng)前提高瀝青路面技術(shù)性能的重要措施。目前，已經(jīng)有很多高等級公路開始在瀝青面層使用中摻加聚酯纖維材料，其摻加量通常為0.2%～0.3%。為保證摻加聚酯纖維材料后的效果，本文對相關(guān)施工技術(shù)進(jìn)行分析。

1 聚酯纖維主要作用

1.1 吸附

通過添加聚酯纖維能增加瀝青用量，增加瀝青膜的厚度，起到延緩瀝青老化的作用，使瀝青始終保持良好黏彈性，減弱對溫度因素的敏感性，實現(xiàn)對混合料溫度性能的改善，從而延長路面結(jié)構(gòu)整體使用壽命。

1.2 穩(wěn)定

縱橫交錯的聚酯纖維可以吸附瀝青，使結(jié)構(gòu)瀝青比例變大，避免產(chǎn)生過多的自由瀝青，確保瀝青膜處在相對穩(wěn)定的狀態(tài)中。另外，聚酯纖維還能使混合礦粉的瀝青膠漿有更強(qiáng)的黏滯性，使軟化點明顯提高，進(jìn)而保證高溫條件下混合料的穩(wěn)定性。聚酯纖維通過增強(qiáng)膠漿黏結(jié)力，使瀝青和礦料的握裹力與黏附性大幅增強(qiáng)，在瀝青膜黏結(jié)作用下，集料之間保持更高的黏結(jié)力，進(jìn)而使路面有良好整體性，避免松散[1]。

1.3 加筋

膠漿中聚酯纖維為三相隨機(jī)分布，數(shù)量很多，可分布于所有混合料中，對阻止開裂與提升自愈能力都有重要作用，能顯著減少裂縫的產(chǎn)生。

2 聚酯纖維指標(biāo)評價和類型選擇

2.1 指標(biāo)評價

對摻加聚酯纖維的混合料進(jìn)行配合比設(shè)計時，應(yīng)先確定滿足要求的各類原材料，其技術(shù)指標(biāo)要求與一般混合料基本相同，但在選擇纖維類型時，需充分考慮實際情況與要求，具體的摻加量則要通過試驗確定，通常情況下的摻量需控制在0.2%～0.3%范圍內(nèi)。聚酯纖維直徑不能超過20±5μm，長度不能超過6±2mm，密度不能超過1.36±0.04g/cm3，抗拉強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到500MPa以上，含水率不能超過2%；對于聚丙烯腈綸，其直徑不能超過13±3μm，長度不能超過6±2mm，密度不能超過1.18±0.03g/cm3，抗拉強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到900MPa以上，含水率不能超過2%。

2.2 類型選擇

作為在公路路面施工中使用的纖維，其軟化、熔融及裂解溫度都應(yīng)較高，用于滿足混合料拌制與攤鋪要求，此外還應(yīng)具備足夠的拉伸強(qiáng)度，同時在濕態(tài)條件下不可大幅降低。相較于其他纖維材料，聚酯纖維主要具有下列性能：

（1）高溫穩(wěn)定性?；?50℃的溫度加熱不同纖維材料，并觀察纖維強(qiáng)度發(fā)生的變化，實測表明，聚酯纖維連續(xù)加熱1 000h后，其強(qiáng)度損失不超過50%，而其他纖維材料從加熱開始就產(chǎn)生明顯的顏色變化和強(qiáng)度下降，以聚丙烯腈纖維為例，僅加熱150h，其強(qiáng)度就損失了50%，可見，聚酯纖維高溫穩(wěn)定性良好。

（2）力學(xué)性能。聚酯纖維分子鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整，且苯環(huán)和對位酯基屬于剛性基團(tuán)，因此聚酯纖維初始模量相對較高?；谶@種分子結(jié)構(gòu)，聚酯纖維斷裂強(qiáng)度很高，且斷裂延伸率良好，與混合料要求相適應(yīng)。此外，聚酯纖維還具有良好的耐疲勞強(qiáng)度。

（3）日照與大氣作用下穩(wěn)定性。經(jīng)試驗，對聚酯纖維進(jìn)行長時間日照，其強(qiáng)度基本不變，表明其耐候性良好。

3 聚酯纖維的摻加對瀝青混合料可能造成的影響

為確定聚酯纖維的適當(dāng)添加能否改善混合料性能，對同種級配普通混合料和添加聚酯纖維后的混合料實施性能試驗對綜合對比（油石比為4.4%），其結(jié)果為：對于普通混合料，其殘留穩(wěn)定度為89.5%（滿足規(guī)范提出的不低于85%的要求），劈裂強(qiáng)度為85.6%（滿足規(guī)范提出的不低于80%的要求），動穩(wěn)定度為924 次/mm（滿足規(guī)范提出的不低于800 次/mm 的要求），小梁彎曲為1 837.3με；對于摻加聚酯纖維后的混合料（摻加量為0.225%），其殘留穩(wěn)定度為94.2%（滿足規(guī)范提出的不低于85%的要求），劈裂強(qiáng)度為82.3%（滿足規(guī)范提出的不低于80%的要求），動穩(wěn)定度為1 473 次/mm（滿足規(guī)范提出的不低于800 次/mm 的要求），小梁彎曲為2 213.7με。從以上試驗與對比結(jié)果可知，適量摻加聚酯纖維材料后，混合料的各項性能均有所提升，包括抵抗水損害的能力及溫度穩(wěn)定性。但需要注意，在選擇具體的聚酯纖維類型時間，某些聚酯纖維材料的質(zhì)量并不能達(dá)到規(guī)范要求，若使用這種聚酯纖維材料，將對混合料性能造成不利影響，如降低劈裂強(qiáng)度，因此施工中必須選擇質(zhì)量達(dá)到要求的聚酯纖維材料。

聚酯纖維材料改善瀝青混合料疲勞性能的作用機(jī)理為：材料疲勞指的是在重復(fù)荷載連續(xù)作用下自身及組合而成的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的損傷積累，在損傷積累至一定程度后就會造成破壞，而且這種損傷往往包含多個方面，如強(qiáng)度與剛度?？梢?，當(dāng)荷載作用次數(shù)不斷增加時，材料及其組成的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的疲勞將明顯加重。對瀝青混合料而言，其疲勞性能是指混合料受重復(fù)荷載持續(xù)作用后抵抗損傷產(chǎn)生及不斷積累的能力。

對于一般瀝青混合料，其疲勞性能絕大部分由瀝青提供，但基質(zhì)瀝青自身性能會受到環(huán)境因素的直接影響，導(dǎo)致其疲勞性能一直相對較差。而在瀝青混合料中適量摻加聚酯纖維材料后，瀝青會與聚酯纖維發(fā)生一系列作用，形成一個網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對瀝青中含有的輕質(zhì)油分等具有一定活性的物質(zhì)進(jìn)行吸收，以在提高性能的同時防止受到環(huán)境條件及其變化的影響，并且摻加適量聚酯纖維材料后還能增大混合料勁度模量，當(dāng)應(yīng)力水平完全相同時，摻加聚酯纖維材料的混合料產(chǎn)生的變形撓度較小，在達(dá)到極限變形狀態(tài)時，需要的荷載循環(huán)次數(shù)較多，使摻加聚酯纖維材料的混合料有更強(qiáng)的變形能力，即只有在更大的變形情況下才能使結(jié)構(gòu)被破壞?？梢?，在瀝青混合料中摻加適量的聚酯纖維材料，能起到延長混合料整體疲勞壽命的作用，最終使路面壽命得以延長，從本質(zhì)上解決一般混合料路面容易產(chǎn)生早期損壞、使用壽命相對較短的問題，還能滿足防滲水方面的要求[2]。

4 聚酯纖維改性瀝青路面施工工藝與控制

采用聚酯纖維材料的改性瀝青路面，其施工工藝和采用普通混合料的路面基本相同，都包含混合料拌和、混合料運輸、混合料攤鋪、混合料碾壓與質(zhì)量抽檢環(huán)節(jié)，但在施工控制方面有所不同，采用聚酯纖維材料的改性瀝青路面施工更加嚴(yán)格，具體包含以下幾個方面：

（1）在混合料拌和過程中，為確保集料和聚酯纖維穩(wěn)定劑之間達(dá)到均勻混合，實際的干拌持續(xù)時間需要比濕拌略長，延長多少干拌的時間主要與所用拌和機(jī)的構(gòu)造及拌和模式有關(guān)，同時還會受到所用聚酯纖維材料的類型及數(shù)量等因素的影響。在實際操作中，需采用下列措施做好過程控制：在添加礦料的過程中借助機(jī)械設(shè)備或人力對纖維材料進(jìn)行添加，然后再加入瀝青。相較于普通混合料，在摻加適量聚酯纖維材料后，因聚酯纖維對瀝青有一定吸附作用，使混合料實際油石比得到一定程度的增加，并且摻加纖維材料后還會使混合料拌和變得困難，因此在混合料拌和期間應(yīng)提高不同環(huán)節(jié)的溫度，升溫范圍一般按照5～10℃的范圍控制，并在必要的情況下適當(dāng)延長拌和持續(xù)時間，在沒有特殊要求的情況下，干拌持續(xù)時間需延長5～10s，而濕拌持續(xù)時間需延長5～15s，以此保證混合料內(nèi)聚酯纖維材料的分布達(dá)到均勻。以某高速公路工程標(biāo)段為例，其采用聚酯纖維材料的瀝青路面在施工中將干拌時間確定為10s，將濕拌時間確定為35s，結(jié)果表明，達(dá)到了良好的時間，其干拌與濕拌的持續(xù)時間較之前均延長了5s[3]。

（2）在混合料的攤鋪及碾壓期間，因聚酯纖維材料相對密度小于礦料，并且在加入混合料之后需占據(jù)一定空間，加之聚酯纖維材料存在彈性，因此當(dāng)壓實功完全相同時，添加聚酯纖維材料的混合料，其達(dá)到密實的過程往往比普通混合料略緩[4]?；诖?，施工中應(yīng)適當(dāng)提高壓實功與碾壓時的溫度，以保證混合料達(dá)到密實。在碾壓施工中，摻加聚酯纖維材料的混合料，其碾壓遍數(shù)應(yīng)比普通混合料多1～2遍，并且務(wù)必做到緊跟前方攤鋪和高頻低幅，碾壓速度不能太快，通過增加壓實功與防止混合料溫度快速下降，使碾壓完成的混合料達(dá)到預(yù)期效果。而在混合料的攤鋪期間，應(yīng)對松鋪系數(shù)調(diào)整及控制引起足夠的重視，并做好壓實組合。攤鋪施工中，找平方式主要有移動式懸浮梁自動找平與非接觸式平衡梁找平兩種，具體結(jié)合現(xiàn)場實際狀況選擇，并要求攤鋪速度恒定于2m/min，確保攤鋪得以連續(xù)進(jìn)行。

以某高速公路標(biāo)段為例，按照以往施工積累的經(jīng)驗，將松鋪系數(shù)確定為1.2，將初壓過程中的振動和振搗強(qiáng)度均確定為4.5 級，實踐表明可達(dá)到良好效果，可供其他路段參考借鑒。此外，由于摻加聚酯纖維材料的混合料稠度較大，在碾壓時可能產(chǎn)生混合料黏輪的情況，如果未加處理或控制，將嚴(yán)重影響碾壓完成后路面的平整度與密實度，因此，針對這種現(xiàn)象應(yīng)通過在壓路機(jī)輪上進(jìn)行適當(dāng)噴水來解決，但施工中要對噴水量予以嚴(yán)格控制，防止噴水過多造成路面積水，給碾壓和路面強(qiáng)度形成造成不利影響；當(dāng)采用輪胎壓路機(jī)時，注意不可采用灑水的措施，應(yīng)在輪胎表面均勻涂刷一層隔離劑。

（3）由于在混合料中摻加聚酯纖維后會使混合料有很高的彈性，與常規(guī)混合料相比更難控制，表現(xiàn)為滲水系數(shù)與構(gòu)造深度出現(xiàn)矛盾，即如要保證路面的滲水系數(shù)，則會使構(gòu)造深度相對較小，而為了保證路面的構(gòu)造深度，則可能產(chǎn)生嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象。另外，因聚酯纖維中還存在一定空隙，因此滲水試驗時可能出現(xiàn)毛細(xì)孔側(cè)滲，對此，按照以往經(jīng)驗及現(xiàn)場實際狀況，建議將路面的空隙率控制在2%～5%范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

綜上所述，聚酯纖維可作為一種理想的增強(qiáng)材料在瀝青混凝土路面施工中使用，通過聚酯纖維材料適量摻加，能提高瀝青混合料很多性能，同時也增加了施工難度，需在施工中做好質(zhì)量控制，以達(dá)到預(yù)期的效果，本次通過以上分析和論述，得出下列結(jié)論：

（1）以聚酯纖維材料自身特點為依據(jù)，并結(jié)合相關(guān)試驗結(jié)果對聚酯纖維材料的性能進(jìn)行評價，對聚酯纖維材料的質(zhì)量、摻加纖維材料混合料性能發(fā)生的變化與影響進(jìn)行綜合考量，保證聚酯纖維材料的摻加可以達(dá)到預(yù)期效果，同時注意所用聚酯纖維材料的質(zhì)量，避免在施工中使用質(zhì)量不合格的材料，造成不必要的質(zhì)量問題及資源浪費。

（2）相較于普通瀝青混合料，摻加適量聚酯纖維材料的混合料，在混合料的拌和時間、溫度及碾壓方面存在很大差別。在混合料中適量摻加聚酯纖維材料后，干拌持續(xù)時間需要比普通混合料延長5～10s，濕拌持續(xù)時間需要比普通混合料延長5～15s，同時每個環(huán)節(jié)的施工溫度也要比普通混合料提高5～15℃，保證拌和完成后聚酯纖維材料能在混合料中均勻分布。

（3）摻加適量聚酯纖維材料的混合料，其碾壓難度相對較大。為保證瀝青路面的壓實度，并避免路面產(chǎn)生滲水的現(xiàn)象，需在普通混合料壓實遍數(shù)要求基礎(chǔ)上額外增加1～2 遍，并嚴(yán)格按照普通混合料施工要求做好溫度控制，如初壓時混合料的溫度不能低于155℃，則碾壓完成時混合料的溫度不能低于110℃。