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摘 要：通过对沥青混合料掺加聚酯纤维的研究，系统分析了聚酯纤维沥青混合料的路用性能，包括马歇尔稳定度、水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性及耐疲劳性能，探讨了聚酯纤维增强沥青混合料的强度形成机理。并与普通密集配沥青混凝土进行了对比、分析。结果表明，聚酯纤维沥青混合料具有较好的路用性能，可以改善沥青路面使用品质，延长使用寿命，具有较好的经济和社会效益，是一种性能优良的沥青混合料，适合作高等级公路沥青面层。
关键词：聚酯纤维沥青；混凝土；度机理；
中图分类号：TU528.42 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-09-00-02
为了延长道路使用寿命，欧美一些国家广泛开始了聚酯纤维加强沥青材料的应用研究，德国首先提出并采用了聚酯纤维增强改性方法，使用结果表明1g聚酯纤维增强改性沥青可以显著地提高公路沥青的稳定性和强度，大大地延长了沥青路面的使用寿命，取得了明显的经济和社会效益。聚酯纤维被用在机场道面、桥面铺装、收费站等铺面中。美国、加拿大、德国等国家采用聚酯纤维混凝土修筑了大量高速公路及其它重要交通公路。
一、原材料性能
（一）沥青
采用克拉玛依AH-90#重交通沥青，指标如表1所示。
（二）集料
集料采用石灰岩，其指标示于表2。
（三）聚酯纤维、级配
选用美国Bonifiber（博尼）和德国Dolanit AS（德尼）；采用密集配沥青混凝土AC-13级配。
二、路用性能分析
（一）马歇尔试验
马歇尔试验结果如表3所示。可以看出，沥青混合料中加入聚酯纤维后，混合料的最佳瀝青用量会增加（0.1～1.3）%；这是由于聚酯纤维比表明大，会吸收、吸附部分沥青，故使得混合料的最佳沥青用量有所增加；聚酯纤维在混合料中起多向“加筋”和增粘作用，提高了沥青混合料的受力性能，因此，聚酯纤维混合料马歇尔稳定度普遍高于不加聚酯纤维的混合料；由于博尼维和德尼维自身的抗拉强度较高，且在沥青混合料中的分散度、分散数量非常高，按照混合料总重的0.225%的比例加入博尼维，大约每m3有超过18亿根分离的博尼维，故博尼维和德尼维对沥青混合料的增强效果非常明显。
（二）水稳定性试验
聚酯纤维对沥青混合料的水稳定性试验结果，如表4所示。沥青中酸性树脂组分是一种表面活性物质，它在聚酯纤维表面产生的物理侵润、吸附作用，使沥青呈单分子状排列在聚酯纤维表面，形成结合力牢固的“结构沥青”膜，它比薄膜以外的自由沥青粘性大，耐热性好；同时，由于聚酯纤维的吸附及吸收作用，混合料沥青用量增加，能使结构沥青膜增厚（65～113）%；聚酯纤维及其周围结构沥青一同裹覆于集料表面，使沥青膜厚度及性质都发生变化。较厚的沥青膜减慢了沥青老化速率，从而可长时间地维持其粘附性，降低了水对沥青与集料的侵蚀破坏作用，增强了沥青混合料抵抗水损害的能力，使混合料水稳定性增强。
（三）高温稳定性试验
采用车辙试验作为评价高温稳定性方法。试验结果如表5所示。聚酯纤维在沥青基体内的分布是三维随机的。由于截面纤细，使得聚酯纤维掺量不大的沥青基体内聚酯纤维数目却相当大，形成纵横交织的空间网络。一方面，裹覆在聚酯纤维上的“结构沥青”网，增大了结构沥青比例，减薄了自由沥青膜，使聚酯纤维沥青胶浆粘性增大，软化点上升，高温稳定性大幅提高；另一方面，纵横交织的聚酯纤维在混合料中无定向分布且互相搭接，形成的聚酯纤维骨架结构网，起到“链桥”作用，使混合料具有较高强度与劲度，增强了弹性恢复，减缓了车辙的加深速度，极大的改善了混合料的高温抗车辙性能。
（四）低温抗裂性试验
采用低温弯曲破坏试验（见表6）评价低温抗裂性。0C弯曲应变越大，反应出混合料破坏时所需能量越大，则低温时混合料抵抗收缩拉应变的能力越强，低温抗裂性越好。
首先，聚酯纤维的加入使混合料的最佳沥青用量增加，这本身就增加了混合料的延展性，改善了混合料的劲度模量；其次，与聚酯纤维良好的物化性能有关，聚酯纤维在低温（-40℃以下）仍能保持柔韧性和较高的抗拉强度，故加筋作用使混合料具有了较好的柔韧性，提高了混合料低温变值；第三，互相搭接的聚酯纤维又提高了混合料的抗拉强度；因此，混合料的低温抗裂性得到改善。
（五）疲劳耐久性试验利用控制应力疲劳寿命分析方法计算，结果如图1所示。
疲劳破坏的过程，首先是在结构的某个部位开始产生微小裂纹，裂纹起点为疲劳源，对沥青混合料，荷载、温度及内部不均匀结点的存在是其产生疲劳源的主要因素。当材料受荷载作用时，裂纹尖端发生应力集中，裂纹扩展；当裂纹尺寸达到临界值时，就出现失稳扩展，材料出现较大的裂纹直至断裂破坏。一方面，由于三维随机各向聚酯纤维阻滞了裂纹扩展，吸收和消耗了部分混合料断裂所需要的能量，减缓了亚临界扩展，增加了弹性恢复；另一方面，裂纹发展时，聚酯纤维会使裂纹转向或岐化，减慢裂缝产生的速率，延长材料失稳扩展、断裂出现的时间；因此，聚酯纤维可以提高沥青路面裂纹的自愈能力，减少裂缝的出现，提高路面的疲劳耐久性。
三、结语
（一）聚酯纤维的吸附、吸收作用，稳定大量沥青，增大了结构沥青的比例，减少了自由沥青，使沥青胶浆的粘滞性增强，软化点提高，集料表面沥青膜增厚，提高了混合料耐老化性能和水稳定性能，增加了沥青路面抗早期水损害能力。
（二）纵横交错的聚酯纤维由于数量巨大，且均匀分布，在混合料中起到加筋作用，增强了弹性恢复，减缓了车辙的加深速度，极大的提高了混合料的高温抗车辙性能和抵抗疲劳破坏能力，使路面的高温稳定性能和疲劳耐久性得到改善。
（三）聚酯纤维在低温下仍呈柔性，且具有较高的抗拉强度，使混合料具有了较高的弹性，能有效地抵抗温度应力，减少温缩裂缝的产生，提高路面低温抗裂性能。
参考文献：
[1]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].人民交通出版社，2001.5
[2]黄彭.木质素纤维在沥青混合料中的应用研究[J].石油沥青，1998.4（9-12）
[3]孙雅珍等.新型纤维增强沥青路面的研究[J].华东公路，2002.2（63-65）
关键词：聚酯纤维沥青；混凝土；度机理；
中图分类号：TU528.42 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-09-00-02
为了延长道路使用寿命，欧美一些国家广泛开始了聚酯纤维加强沥青材料的应用研究，德国首先提出并采用了聚酯纤维增强改性方法，使用结果表明1g聚酯纤维增强改性沥青可以显著地提高公路沥青的稳定性和强度，大大地延长了沥青路面的使用寿命，取得了明显的经济和社会效益。聚酯纤维被用在机场道面、桥面铺装、收费站等铺面中。美国、加拿大、德国等国家采用聚酯纤维混凝土修筑了大量高速公路及其它重要交通公路。
一、原材料性能
（一）沥青
采用克拉玛依AH-90#重交通沥青，指标如表1所示。
（二）集料
集料采用石灰岩，其指标示于表2。
（三）聚酯纤维、级配
选用美国Bonifiber（博尼）和德国Dolanit AS（德尼）；采用密集配沥青混凝土AC-13级配。
二、路用性能分析
（一）马歇尔试验
马歇尔试验结果如表3所示。可以看出，沥青混合料中加入聚酯纤维后，混合料的最佳瀝青用量会增加（0.1～1.3）%；这是由于聚酯纤维比表明大，会吸收、吸附部分沥青，故使得混合料的最佳沥青用量有所增加；聚酯纤维在混合料中起多向“加筋”和增粘作用，提高了沥青混合料的受力性能，因此，聚酯纤维混合料马歇尔稳定度普遍高于不加聚酯纤维的混合料；由于博尼维和德尼维自身的抗拉强度较高，且在沥青混合料中的分散度、分散数量非常高，按照混合料总重的0.225%的比例加入博尼维，大约每m3有超过18亿根分离的博尼维，故博尼维和德尼维对沥青混合料的增强效果非常明显。
（二）水稳定性试验
聚酯纤维对沥青混合料的水稳定性试验结果，如表4所示。沥青中酸性树脂组分是一种表面活性物质，它在聚酯纤维表面产生的物理侵润、吸附作用，使沥青呈单分子状排列在聚酯纤维表面，形成结合力牢固的“结构沥青”膜，它比薄膜以外的自由沥青粘性大，耐热性好；同时，由于聚酯纤维的吸附及吸收作用，混合料沥青用量增加，能使结构沥青膜增厚（65～113）%；聚酯纤维及其周围结构沥青一同裹覆于集料表面，使沥青膜厚度及性质都发生变化。较厚的沥青膜减慢了沥青老化速率，从而可长时间地维持其粘附性，降低了水对沥青与集料的侵蚀破坏作用，增强了沥青混合料抵抗水损害的能力，使混合料水稳定性增强。
（三）高温稳定性试验
采用车辙试验作为评价高温稳定性方法。试验结果如表5所示。聚酯纤维在沥青基体内的分布是三维随机的。由于截面纤细，使得聚酯纤维掺量不大的沥青基体内聚酯纤维数目却相当大，形成纵横交织的空间网络。一方面，裹覆在聚酯纤维上的“结构沥青”网，增大了结构沥青比例，减薄了自由沥青膜，使聚酯纤维沥青胶浆粘性增大，软化点上升，高温稳定性大幅提高；另一方面，纵横交织的聚酯纤维在混合料中无定向分布且互相搭接，形成的聚酯纤维骨架结构网，起到“链桥”作用，使混合料具有较高强度与劲度，增强了弹性恢复，减缓了车辙的加深速度，极大的改善了混合料的高温抗车辙性能。
（四）低温抗裂性试验
采用低温弯曲破坏试验（见表6）评价低温抗裂性。0C弯曲应变越大，反应出混合料破坏时所需能量越大，则低温时混合料抵抗收缩拉应变的能力越强，低温抗裂性越好。
首先，聚酯纤维的加入使混合料的最佳沥青用量增加，这本身就增加了混合料的延展性，改善了混合料的劲度模量；其次，与聚酯纤维良好的物化性能有关，聚酯纤维在低温（-40℃以下）仍能保持柔韧性和较高的抗拉强度，故加筋作用使混合料具有了较好的柔韧性，提高了混合料低温变值；第三，互相搭接的聚酯纤维又提高了混合料的抗拉强度；因此，混合料的低温抗裂性得到改善。
（五）疲劳耐久性试验利用控制应力疲劳寿命分析方法计算，结果如图1所示。
疲劳破坏的过程，首先是在结构的某个部位开始产生微小裂纹，裂纹起点为疲劳源，对沥青混合料，荷载、温度及内部不均匀结点的存在是其产生疲劳源的主要因素。当材料受荷载作用时，裂纹尖端发生应力集中，裂纹扩展；当裂纹尺寸达到临界值时，就出现失稳扩展，材料出现较大的裂纹直至断裂破坏。一方面，由于三维随机各向聚酯纤维阻滞了裂纹扩展，吸收和消耗了部分混合料断裂所需要的能量，减缓了亚临界扩展，增加了弹性恢复；另一方面，裂纹发展时，聚酯纤维会使裂纹转向或岐化，减慢裂缝产生的速率，延长材料失稳扩展、断裂出现的时间；因此，聚酯纤维可以提高沥青路面裂纹的自愈能力，减少裂缝的出现，提高路面的疲劳耐久性。
三、结语
（一）聚酯纤维的吸附、吸收作用，稳定大量沥青，增大了结构沥青的比例，减少了自由沥青，使沥青胶浆的粘滞性增强，软化点提高，集料表面沥青膜增厚，提高了混合料耐老化性能和水稳定性能，增加了沥青路面抗早期水损害能力。
（二）纵横交错的聚酯纤维由于数量巨大，且均匀分布，在混合料中起到加筋作用，增强了弹性恢复，减缓了车辙的加深速度，极大的提高了混合料的高温抗车辙性能和抵抗疲劳破坏能力，使路面的高温稳定性能和疲劳耐久性得到改善。
（三）聚酯纤维在低温下仍呈柔性，且具有较高的抗拉强度，使混合料具有了较高的弹性，能有效地抵抗温度应力，减少温缩裂缝的产生，提高路面低温抗裂性能。
参考文献：
[1]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].人民交通出版社，2001.5
[2]黄彭.木质素纤维在沥青混合料中的应用研究[J].石油沥青，1998.4（9-12）
[3]孙雅珍等.新型纤维增强沥青路面的研究[J].华东公路，2002.2（63-65）