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【摘 要】 随着经济建设的高速发展和城市化进程的不断加快，城市人口和机动车辆数量等急剧增加，在交通荷载和自然环境等条件的综合作用下，道路表面的逐渐变形以及使用功能的逐步下降都会不同程度地影响到汽车行驶速度、行驶安全等。长期以来，我国城市道路沥青路面的使用状况不容乐观，车辙、拥包、推移、坑槽、龟裂等病害十分普遍[1]。
为了获得性能优良的沥青路面，减少常见路面病害，延长路面使用寿命，公路工作者提出了一些能够尽量兼顾路面各种使用性能的混合料类型，如SMA、SAC和纤维沥青混合料等等[2]。纤维可以改善沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性能，施工时工艺也较简单。本论文结合我国沥青路面施工技术规范[3]的要求，研究了纖维改性沥青混合料的相关路用性能，对其在实际工程中的推广和运用具有重要意义。
本论文试验选用AC﹣13沥青混合料，以聚酯纤维为改性剂制备聚酯纤维沥青混合料。通过浸水马歇尔试验，冻融劈裂试验，车辙试验探讨了聚酯纤维对沥青混合料路用性能的影响。
【关键词】 聚氨酯纤维；沥青混合料；路用性能
1.1原材料及试验方法
1.1.1 沥青
室内试验采用新加坡埃索AH-70#沥青
1.1.2 聚酯纤维
聚酯纤维的长度分别为6mm和12mm两种，其主要技术指标见表1.2所示。
2.1聚酯纤维沥青混合料配合比设计
本论文采用的级配为AC-13I中值，具体数值如表2.1所示。
表2.1 AC-13 I级配表
2.2素沥青混合料级配设计
本论文采用的级配为AC-13I型中值，按上述规程进行马歇尔沥青用量试验，试验沥青用量为4%～6%，按0.5%的间隔作了5组试件，分别测定其实际密度、空隙率、流值、饱和度、稳定度等各项指标，确定最佳沥青用量
1、求取相应于密度最大值、稳定度最大值、空隙率范围中值的沥青用量a1、a2、a3，计算它们的平均值作为最佳沥青用量的初始值OAC1
2、根据OAC1和OAC2综合确定最佳沥青用量OAC OAC =（OAC1+OAC2）/2 =4.86根据经验OAC取4.8
2.3聚酯纤维沥青混合料配合比设计
本文参考文献刘铁山，延西利和韩森在《基于沥青膜厚度的纤维沥青混合料最佳油石比研究》[14]中纤维沥青混合料最佳油石比的设计方法，来确定聚酯纤维混合料的最佳油石比设计。
2.3.1 素沥青混合料最佳油石比的沥青膜厚度计算
比表面积指单位质量的物体的表面积大小。设矿料为立方体，则边长L的矿料表面积为6L2，体积为L3。质量M=ρL。则比表面积为：
2.3.2纤维沥青混合料中增加的油石比估算
以6mm纤维为例，设掺聚脂纤维的剂量为0.1%，集料的总混合料质量为100g，掺聚脂纤维的质量M纤维分别为为0.1g，则根据表2.2中聚脂纤维的主要技术指标可计算出：
每根纤维的质量为：
（3.6）
每根纤维的表面积：
（3.7）
纤维的总表面积：
（3.8）
根据式（3.5）计算的结果，最佳油石比下的素沥青混合料的沥青膜厚度为μm。设在最佳油石比下，外掺聚脂纤维沥青混合料的沥青膜厚度仍保持素沥青的最佳沥青膜厚度，若不考虑聚脂纤维内部中空管吸收沥青的影响，根据纤维的总表面积S总表面积、最佳油石比下素沥青混合料的沥青膜厚度t、沥青的相对密度Gb，计算出外掺聚脂纤维后沥青混合料中增加的沥青质量为：
（3.9）
即增加的油石比为：
（3.10）
由于聚酯纤维由对沥青有一定的吸附，根据经验：掺量0.1%、0.2%和0.3%的最佳沥青用量分别取为4.90%、5.05%和5.25%。
同理，12mm聚酯纤维掺量0.1%、0.2%和0.3%的最佳沥青用量分别取为4.83%、4.88%和5.05%。
3.1聚酯纤维沥青混合料的路用性能试验
3.1.1水稳定性
沥青混合料受空气、温度和水分等环境因素的影响较大，特别是在我国南方多雨潮湿地区由水引起的麻面、唧浆、松散和坑槽等是沥青路面破坏的主要形式，严重危害了路面的服务质量和耐久性。为了使设计的沥青混合料能满足水稳定性的要求，国内外道路工作者就沥青混合料的水稳定性做了长期不懈的实地考察和试验研究，并推荐以AASHTO T283试验的间接抗拉强度的残留值 TSR作为沥青混合料水稳定性的评价指标。我国现行规范规定采用浸水马歇尔试验的残留稳定度 MS0和冻融劈裂试验的劈裂强度TSR来评价沥青混合料的水稳定性能。
3.1.2冻融劈裂试验
加入纤维后，大部分混合料冻融劈裂强度都有所增加，6mm增加较明显，并在纤维掺量约0.2%时出现了峰值；6mm较12mm纤维的劈裂强度和冻融劈裂强度比要高，随着纤维掺量的增加，12mm纤维冻融劈裂强度和冻融劈裂强度下降很快，大约在掺量超过0.2%后，冻融劈裂强度和冻融劈裂强度比甚至低于不掺纤维的普通混合料。
掺适量纤维较不掺量时沥青混合料水稳性能好。原因主要是纤维增强了沥青与石料的粘附性，纤维的掺入使混合料中结构沥青比例增加，结构沥青与矿料间的界面作用强烈。纤维的掺入提高了混合料整体的抗水损能力，改善了混合料的水稳性。
3.1.3车辙试验
车辙是沥青路面在汽车荷载反复作用下产生的竖直方向永久变形的积累。此车辙变形可分成三类：一是结构型车辙，即在行车荷载反复作用下进一步压实产生的，如沥青面层自身及其下卧层的压实后传递到面层后产生的，又称压实型变形；而是磨耗型车辙，这是因面层结构材料在轮载和自然因素影响下的磨损形成的；三是失稳型车辙，这是目前讨论的重点，它是由于沥青路面结构层在车轮荷载作用下，材料的侧向流动产生的横向变形。一般认为，现代多数沥青路面修筑在半刚性基层上，且施工中对压实度要求较高，结构型车辙一般很小，而在带有防滑链或突钉轮胎的车辆很少的地方磨耗车辙产生机率也较小，故目前讨论最多的是失稳型车辙，即是指高温下因失稳而产生的车辙。 在沥青混合料中的纤维能起到吸附作用、稳定作用和加筋作用。纤维分散在沥青中，其巨大表面积成为浸润界面，在界面中沥青和纤维之间会产生物理和化学作用，如吸附、扩散、化学键合等作用。在这些作用下，沥青成单分子排列在纤维表面， 形成结合力牢固的沥青界面，结构沥青与界面层以外的自由沥青粘結性强，稳定性好；同时由于纤维及周围的结构沥青一起裹覆在集料表面，使集料表面的沥青增厚，从而提高了其吸附作用。纵横交错的纤维所吸附的沥青，增加了结构沥青的比例，减少了自由沥青，使沥青混合料的高温稳定性得到提高。
4.1结语
本论文研究通过室内试验，对聚酯纤维沥青混合料进行马歇尔和高低温性能试验，得出以下主要结论：
1、聚酯纤维加入后沥青混合料的最佳沥青用量发生了变化
（1）最佳沥青用量随着纤维参量的增加而增大，并且增大幅度变快；
（2）聚酯纤维掺量相同时，长径比小的纤维沥青最佳用量要比长径比大的要大。
2、聚酯纤维加入后马歇尔试验结果发生变化
（1）密度有所下降，纤维掺量越大密度越小，长径比大的纤维混合料密度更小；
（2）空隙率会增加，纤维掺量越大空隙率越大，长径比大的纤维混合料空隙率更大；
（3）短聚酯纤维混合料饱和度略有上升，而长聚酯纤维饱和度下降；
（4）稳定度随着聚酯纤维掺量的增大，先增大后减小，出现峰值，长径比小的纤维增大幅度更多；
（5）流值随着聚酯纤维掺量的增大而增加，长径比大的纤维增大更多。
3、纤维加入后水稳定性发生变化
（1）残留稳定度增大，随着纤维掺量的增大，先增大后减小，出现峰值，短纤维增大更明显，长纤维在达到极值后迅速下降；
（2）短纤维冻融劈裂强度比增大，而长纤维冻融劈裂强度比则减小。
参考文献；
[1]赵松，滕康保.国产聚酯纤维混合料在市政沥青路面中的应用[J].公路工程与运输，2008（10）.
[2]丁智勇，戴经梁，彭波，陈忠达.，裴建中.纤维沥青混合料性能试验分析[J].公路交通科技，2008（5）：8-9.
[3]中华人民共和国行业标准.公路沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）[S].北京：人民交通出版社，2004.
[4]陈富强，樊统江，贾敬鹏，徐栋良.聚酯纤维加强沥青混凝土路面试验研究[J].桂林工学院学报，2007（4）：525-528.
[5]胡建福，徐建勇，袁媛.掺聚酯纤维对普通沥青混合料性能的影响研究[J].浙江科技学院学报，2006（3）：197-198.
[6]朱朝辉，外掺纤维沥青混合料的路用性能研究[D].西安：长安大学，2006.
为了获得性能优良的沥青路面，减少常见路面病害，延长路面使用寿命，公路工作者提出了一些能够尽量兼顾路面各种使用性能的混合料类型，如SMA、SAC和纤维沥青混合料等等[2]。纤维可以改善沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性能，施工时工艺也较简单。本论文结合我国沥青路面施工技术规范[3]的要求，研究了纖维改性沥青混合料的相关路用性能，对其在实际工程中的推广和运用具有重要意义。
本论文试验选用AC﹣13沥青混合料，以聚酯纤维为改性剂制备聚酯纤维沥青混合料。通过浸水马歇尔试验，冻融劈裂试验，车辙试验探讨了聚酯纤维对沥青混合料路用性能的影响。
【关键词】 聚氨酯纤维；沥青混合料；路用性能
1.1原材料及试验方法
1.1.1 沥青
室内试验采用新加坡埃索AH-70#沥青
1.1.2 聚酯纤维
聚酯纤维的长度分别为6mm和12mm两种，其主要技术指标见表1.2所示。
2.1聚酯纤维沥青混合料配合比设计
本论文采用的级配为AC-13I中值，具体数值如表2.1所示。
表2.1 AC-13 I级配表
2.2素沥青混合料级配设计
本论文采用的级配为AC-13I型中值，按上述规程进行马歇尔沥青用量试验，试验沥青用量为4%～6%，按0.5%的间隔作了5组试件，分别测定其实际密度、空隙率、流值、饱和度、稳定度等各项指标，确定最佳沥青用量
1、求取相应于密度最大值、稳定度最大值、空隙率范围中值的沥青用量a1、a2、a3，计算它们的平均值作为最佳沥青用量的初始值OAC1
2、根据OAC1和OAC2综合确定最佳沥青用量OAC OAC =（OAC1+OAC2）/2 =4.86根据经验OAC取4.8
2.3聚酯纤维沥青混合料配合比设计
本文参考文献刘铁山，延西利和韩森在《基于沥青膜厚度的纤维沥青混合料最佳油石比研究》[14]中纤维沥青混合料最佳油石比的设计方法，来确定聚酯纤维混合料的最佳油石比设计。
2.3.1 素沥青混合料最佳油石比的沥青膜厚度计算
比表面积指单位质量的物体的表面积大小。设矿料为立方体，则边长L的矿料表面积为6L2，体积为L3。质量M=ρL。则比表面积为：
2.3.2纤维沥青混合料中增加的油石比估算
以6mm纤维为例，设掺聚脂纤维的剂量为0.1%，集料的总混合料质量为100g，掺聚脂纤维的质量M纤维分别为为0.1g，则根据表2.2中聚脂纤维的主要技术指标可计算出：
每根纤维的质量为：
（3.6）
每根纤维的表面积：
（3.7）
纤维的总表面积：
（3.8）
根据式（3.5）计算的结果，最佳油石比下的素沥青混合料的沥青膜厚度为μm。设在最佳油石比下，外掺聚脂纤维沥青混合料的沥青膜厚度仍保持素沥青的最佳沥青膜厚度，若不考虑聚脂纤维内部中空管吸收沥青的影响，根据纤维的总表面积S总表面积、最佳油石比下素沥青混合料的沥青膜厚度t、沥青的相对密度Gb，计算出外掺聚脂纤维后沥青混合料中增加的沥青质量为：
（3.9）
即增加的油石比为：
（3.10）
由于聚酯纤维由对沥青有一定的吸附，根据经验：掺量0.1%、0.2%和0.3%的最佳沥青用量分别取为4.90%、5.05%和5.25%。
同理，12mm聚酯纤维掺量0.1%、0.2%和0.3%的最佳沥青用量分别取为4.83%、4.88%和5.05%。
3.1聚酯纤维沥青混合料的路用性能试验
3.1.1水稳定性
沥青混合料受空气、温度和水分等环境因素的影响较大，特别是在我国南方多雨潮湿地区由水引起的麻面、唧浆、松散和坑槽等是沥青路面破坏的主要形式，严重危害了路面的服务质量和耐久性。为了使设计的沥青混合料能满足水稳定性的要求，国内外道路工作者就沥青混合料的水稳定性做了长期不懈的实地考察和试验研究，并推荐以AASHTO T283试验的间接抗拉强度的残留值 TSR作为沥青混合料水稳定性的评价指标。我国现行规范规定采用浸水马歇尔试验的残留稳定度 MS0和冻融劈裂试验的劈裂强度TSR来评价沥青混合料的水稳定性能。
3.1.2冻融劈裂试验
加入纤维后，大部分混合料冻融劈裂强度都有所增加，6mm增加较明显，并在纤维掺量约0.2%时出现了峰值；6mm较12mm纤维的劈裂强度和冻融劈裂强度比要高，随着纤维掺量的增加，12mm纤维冻融劈裂强度和冻融劈裂强度下降很快，大约在掺量超过0.2%后，冻融劈裂强度和冻融劈裂强度比甚至低于不掺纤维的普通混合料。
掺适量纤维较不掺量时沥青混合料水稳性能好。原因主要是纤维增强了沥青与石料的粘附性，纤维的掺入使混合料中结构沥青比例增加，结构沥青与矿料间的界面作用强烈。纤维的掺入提高了混合料整体的抗水损能力，改善了混合料的水稳性。
3.1.3车辙试验
车辙是沥青路面在汽车荷载反复作用下产生的竖直方向永久变形的积累。此车辙变形可分成三类：一是结构型车辙，即在行车荷载反复作用下进一步压实产生的，如沥青面层自身及其下卧层的压实后传递到面层后产生的，又称压实型变形；而是磨耗型车辙，这是因面层结构材料在轮载和自然因素影响下的磨损形成的；三是失稳型车辙，这是目前讨论的重点，它是由于沥青路面结构层在车轮荷载作用下，材料的侧向流动产生的横向变形。一般认为，现代多数沥青路面修筑在半刚性基层上，且施工中对压实度要求较高，结构型车辙一般很小，而在带有防滑链或突钉轮胎的车辆很少的地方磨耗车辙产生机率也较小，故目前讨论最多的是失稳型车辙，即是指高温下因失稳而产生的车辙。 在沥青混合料中的纤维能起到吸附作用、稳定作用和加筋作用。纤维分散在沥青中，其巨大表面积成为浸润界面，在界面中沥青和纤维之间会产生物理和化学作用，如吸附、扩散、化学键合等作用。在这些作用下，沥青成单分子排列在纤维表面， 形成结合力牢固的沥青界面，结构沥青与界面层以外的自由沥青粘結性强，稳定性好；同时由于纤维及周围的结构沥青一起裹覆在集料表面，使集料表面的沥青增厚，从而提高了其吸附作用。纵横交错的纤维所吸附的沥青，增加了结构沥青的比例，减少了自由沥青，使沥青混合料的高温稳定性得到提高。
4.1结语
本论文研究通过室内试验，对聚酯纤维沥青混合料进行马歇尔和高低温性能试验，得出以下主要结论：
1、聚酯纤维加入后沥青混合料的最佳沥青用量发生了变化
（1）最佳沥青用量随着纤维参量的增加而增大，并且增大幅度变快；
（2）聚酯纤维掺量相同时，长径比小的纤维沥青最佳用量要比长径比大的要大。
2、聚酯纤维加入后马歇尔试验结果发生变化
（1）密度有所下降，纤维掺量越大密度越小，长径比大的纤维混合料密度更小；
（2）空隙率会增加，纤维掺量越大空隙率越大，长径比大的纤维混合料空隙率更大；
（3）短聚酯纤维混合料饱和度略有上升，而长聚酯纤维饱和度下降；
（4）稳定度随着聚酯纤维掺量的增大，先增大后减小，出现峰值，长径比小的纤维增大幅度更多；
（5）流值随着聚酯纤维掺量的增大而增加，长径比大的纤维增大更多。
3、纤维加入后水稳定性发生变化
（1）残留稳定度增大，随着纤维掺量的增大，先增大后减小，出现峰值，短纤维增大更明显，长纤维在达到极值后迅速下降；
（2）短纤维冻融劈裂强度比增大，而长纤维冻融劈裂强度比则减小。
参考文献；
[1]赵松，滕康保.国产聚酯纤维混合料在市政沥青路面中的应用[J].公路工程与运输，2008（10）.
[2]丁智勇，戴经梁，彭波，陈忠达.，裴建中.纤维沥青混合料性能试验分析[J].公路交通科技，2008（5）：8-9.
[3]中华人民共和国行业标准.公路沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）[S].北京：人民交通出版社，2004.
[4]陈富强，樊统江，贾敬鹏，徐栋良.聚酯纤维加强沥青混凝土路面试验研究[J].桂林工学院学报，2007（4）：525-528.
[5]胡建福，徐建勇，袁媛.掺聚酯纤维对普通沥青混合料性能的影响研究[J].浙江科技学院学报，2006（3）：197-198.
[6]朱朝辉，外掺纤维沥青混合料的路用性能研究[D].西安：长安大学，2006.