公路工程聚酯纤维改性沥青路面施工技术

张达

（石家庄市交投津石高速公路建设管理有限公司深正分公司，河北 石家庄 050000）

0 引言

聚酯纤维材料作为轻质、高强、耐久性良好的增强材料，被越来越多地应用于沥青混凝土路面施工中。相关实践结果表明，在混合料中适量掺加聚酯纤维材料后，可改善混合料各项性能，尤其是低温条件下的抵抗裂缝产生的能力、水稳定性与抗疲劳性，是当前提高沥青路面技术性能的重要措施。目前，已经有很多高等级公路开始在沥青面层使用中掺加聚酯纤维材料，其掺加量通常为0.2%～0.3%。为保证掺加聚酯纤维材料后的效果，本文对相关施工技术进行分析。

1 聚酯纤维主要作用

1.1 吸附

通过添加聚酯纤维能增加沥青用量，增加沥青膜的厚度，起到延缓沥青老化的作用，使沥青始终保持良好黏弹性，减弱对温度因素的敏感性，实现对混合料温度性能的改善，从而延长路面结构整体使用寿命。

1.2 稳定

纵横交错的聚酯纤维可以吸附沥青，使结构沥青比例变大，避免产生过多的自由沥青，确保沥青膜处在相对稳定的状态中。另外，聚酯纤维还能使混合矿粉的沥青胶浆有更强的黏滞性，使软化点明显提高，进而保证高温条件下混合料的稳定性。聚酯纤维通过增强胶浆黏结力，使沥青和矿料的握裹力与黏附性大幅增强，在沥青膜黏结作用下，集料之间保持更高的黏结力，进而使路面有良好整体性，避免松散[1]。

1.3 加筋

胶浆中聚酯纤维为三相随机分布，数量很多，可分布于所有混合料中，对阻止开裂与提升自愈能力都有重要作用，能显著减少裂缝的产生。

2 聚酯纤维指标评价和类型选择

2.1 指标评价

对掺加聚酯纤维的混合料进行配合比设计时，应先确定满足要求的各类原材料，其技术指标要求与一般混合料基本相同，但在选择纤维类型时，需充分考虑实际情况与要求，具体的掺加量则要通过试验确定，通常情况下的掺量需控制在0.2%～0.3%范围内。聚酯纤维直径不能超过20±5μm，长度不能超过6±2mm，密度不能超过1.36±0.04g/cm3，抗拉强度应达到500MPa以上，含水率不能超过2%；对于聚丙烯腈纶，其直径不能超过13±3μm，长度不能超过6±2mm，密度不能超过1.18±0.03g/cm3，抗拉强度应达到900MPa以上，含水率不能超过2%。

2.2 类型选择

作为在公路路面施工中使用的纤维，其软化、熔融及裂解温度都应较高，用于满足混合料拌制与摊铺要求，此外还应具备足够的拉伸强度，同时在湿态条件下不可大幅降低。相较于其他纤维材料，聚酯纤维主要具有下列性能：

（1）高温稳定性。基于150℃的温度加热不同纤维材料，并观察纤维强度发生的变化，实测表明，聚酯纤维连续加热1 000h后，其强度损失不超过50%，而其他纤维材料从加热开始就产生明显的颜色变化和强度下降，以聚丙烯腈纤维为例，仅加热150h，其强度就损失了50%，可见，聚酯纤维高温稳定性良好。

（2）力学性能。聚酯纤维分子链结构规整，且苯环和对位酯基属于刚性基团，因此聚酯纤维初始模量相对较高。基于这种分子结构，聚酯纤维断裂强度很高，且断裂延伸率良好，与混合料要求相适应。此外，聚酯纤维还具有良好的耐疲劳强度。

（3）日照与大气作用下稳定性。经试验，对聚酯纤维进行长时间日照，其强度基本不变，表明其耐候性良好。

3 聚酯纤维的掺加对沥青混合料可能造成的影响

为确定聚酯纤维的适当添加能否改善混合料性能，对同种级配普通混合料和添加聚酯纤维后的混合料实施性能试验对综合对比（油石比为4.4%），其结果为：对于普通混合料，其残留稳定度为89.5%（满足规范提出的不低于85%的要求），劈裂强度为85.6%（满足规范提出的不低于80%的要求），动稳定度为924 次/mm（满足规范提出的不低于800 次/mm 的要求），小梁弯曲为1 837.3με；对于掺加聚酯纤维后的混合料（掺加量为0.225%），其残留稳定度为94.2%（满足规范提出的不低于85%的要求），劈裂强度为82.3%（满足规范提出的不低于80%的要求），动稳定度为1 473 次/mm（满足规范提出的不低于800 次/mm 的要求），小梁弯曲为2 213.7με。从以上试验与对比结果可知，适量掺加聚酯纤维材料后，混合料的各项性能均有所提升，包括抵抗水损害的能力及温度稳定性。但需要注意，在选择具体的聚酯纤维类型时间，某些聚酯纤维材料的质量并不能达到规范要求，若使用这种聚酯纤维材料，将对混合料性能造成不利影响，如降低劈裂强度，因此施工中必须选择质量达到要求的聚酯纤维材料。

聚酯纤维材料改善沥青混合料疲劳性能的作用机理为：材料疲劳指的是在重复荷载连续作用下自身及组合而成的结构出现的损伤积累，在损伤积累至一定程度后就会造成破坏，而且这种损伤往往包含多个方面，如强度与刚度。可见，当荷载作用次数不断增加时，材料及其组成的结构产生的疲劳将明显加重。对沥青混合料而言，其疲劳性能是指混合料受重复荷载持续作用后抵抗损伤产生及不断积累的能力。

对于一般沥青混合料，其疲劳性能绝大部分由沥青提供，但基质沥青自身性能会受到环境因素的直接影响，导致其疲劳性能一直相对较差。而在沥青混合料中适量掺加聚酯纤维材料后，沥青会与聚酯纤维发生一系列作用，形成一个网状结构，对沥青中含有的轻质油分等具有一定活性的物质进行吸收，以在提高性能的同时防止受到环境条件及其变化的影响，并且掺加适量聚酯纤维材料后还能增大混合料劲度模量，当应力水平完全相同时，掺加聚酯纤维材料的混合料产生的变形挠度较小，在达到极限变形状态时，需要的荷载循环次数较多，使掺加聚酯纤维材料的混合料有更强的变形能力，即只有在更大的变形情况下才能使结构被破坏。可见，在沥青混合料中掺加适量的聚酯纤维材料，能起到延长混合料整体疲劳寿命的作用，最终使路面寿命得以延长，从本质上解决一般混合料路面容易产生早期损坏、使用寿命相对较短的问题，还能满足防渗水方面的要求[2]。

4 聚酯纤维改性沥青路面施工工艺与控制

采用聚酯纤维材料的改性沥青路面，其施工工艺和采用普通混合料的路面基本相同，都包含混合料拌和、混合料运输、混合料摊铺、混合料碾压与质量抽检环节，但在施工控制方面有所不同，采用聚酯纤维材料的改性沥青路面施工更加严格，具体包含以下几个方面：

（1）在混合料拌和过程中，为确保集料和聚酯纤维稳定剂之间达到均匀混合，实际的干拌持续时间需要比湿拌略长，延长多少干拌的时间主要与所用拌和机的构造及拌和模式有关，同时还会受到所用聚酯纤维材料的类型及数量等因素的影响。在实际操作中，需采用下列措施做好过程控制：在添加矿料的过程中借助机械设备或人力对纤维材料进行添加，然后再加入沥青。相较于普通混合料，在掺加适量聚酯纤维材料后，因聚酯纤维对沥青有一定吸附作用，使混合料实际油石比得到一定程度的增加，并且掺加纤维材料后还会使混合料拌和变得困难，因此在混合料拌和期间应提高不同环节的温度，升温范围一般按照5～10℃的范围控制，并在必要的情况下适当延长拌和持续时间，在没有特殊要求的情况下，干拌持续时间需延长5～10s，而湿拌持续时间需延长5～15s，以此保证混合料内聚酯纤维材料的分布达到均匀。以某高速公路工程标段为例，其采用聚酯纤维材料的沥青路面在施工中将干拌时间确定为10s，将湿拌时间确定为35s，结果表明，达到了良好的时间，其干拌与湿拌的持续时间较之前均延长了5s[3]。

（2）在混合料的摊铺及碾压期间，因聚酯纤维材料相对密度小于矿料，并且在加入混合料之后需占据一定空间，加之聚酯纤维材料存在弹性，因此当压实功完全相同时，添加聚酯纤维材料的混合料，其达到密实的过程往往比普通混合料略缓[4]。基于此，施工中应适当提高压实功与碾压时的温度，以保证混合料达到密实。在碾压施工中，掺加聚酯纤维材料的混合料，其碾压遍数应比普通混合料多1～2遍，并且务必做到紧跟前方摊铺和高频低幅，碾压速度不能太快，通过增加压实功与防止混合料温度快速下降，使碾压完成的混合料达到预期效果。而在混合料的摊铺期间，应对松铺系数调整及控制引起足够的重视，并做好压实组合。摊铺施工中，找平方式主要有移动式悬浮梁自动找平与非接触式平衡梁找平两种，具体结合现场实际状况选择，并要求摊铺速度恒定于2m/min，确保摊铺得以连续进行。

以某高速公路标段为例，按照以往施工积累的经验，将松铺系数确定为1.2，将初压过程中的振动和振捣强度均确定为4.5 级，实践表明可达到良好效果，可供其他路段参考借鉴。此外，由于掺加聚酯纤维材料的混合料稠度较大，在碾压时可能产生混合料黏轮的情况，如果未加处理或控制，将严重影响碾压完成后路面的平整度与密实度，因此，针对这种现象应通过在压路机轮上进行适当喷水来解决，但施工中要对喷水量予以严格控制，防止喷水过多造成路面积水，给碾压和路面强度形成造成不利影响；当采用轮胎压路机时，注意不可采用洒水的措施，应在轮胎表面均匀涂刷一层隔离剂。

（3）由于在混合料中掺加聚酯纤维后会使混合料有很高的弹性，与常规混合料相比更难控制，表现为渗水系数与构造深度出现矛盾，即如要保证路面的渗水系数，则会使构造深度相对较小，而为了保证路面的构造深度，则可能产生严重的渗水现象。另外，因聚酯纤维中还存在一定空隙，因此渗水试验时可能出现毛细孔侧渗，对此，按照以往经验及现场实际状况，建议将路面的空隙率控制在2%～5%范围内。

5 结论

综上所述，聚酯纤维可作为一种理想的增强材料在沥青混凝土路面施工中使用，通过聚酯纤维材料适量掺加，能提高沥青混合料很多性能，同时也增加了施工难度，需在施工中做好质量控制，以达到预期的效果，本次通过以上分析和论述，得出下列结论：

（1）以聚酯纤维材料自身特点为依据，并结合相关试验结果对聚酯纤维材料的性能进行评价，对聚酯纤维材料的质量、掺加纤维材料混合料性能发生的变化与影响进行综合考量，保证聚酯纤维材料的掺加可以达到预期效果，同时注意所用聚酯纤维材料的质量，避免在施工中使用质量不合格的材料，造成不必要的质量问题及资源浪费。

（2）相较于普通沥青混合料，掺加适量聚酯纤维材料的混合料，在混合料的拌和时间、温度及碾压方面存在很大差别。在混合料中适量掺加聚酯纤维材料后，干拌持续时间需要比普通混合料延长5～10s，湿拌持续时间需要比普通混合料延长5～15s，同时每个环节的施工温度也要比普通混合料提高5～15℃，保证拌和完成后聚酯纤维材料能在混合料中均匀分布。

（3）掺加适量聚酯纤维材料的混合料，其碾压难度相对较大。为保证沥青路面的压实度，并避免路面产生渗水的现象，需在普通混合料压实遍数要求基础上额外增加1～2 遍，并严格按照普通混合料施工要求做好温度控制，如初压时混合料的温度不能低于155℃，则碾压完成时混合料的温度不能低于110℃。