聚酯纤维对SMA性能影响的研究

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1、聚酯纤维对SMA性能影响的研究廖卫东1吴少鹏2张继宁3薛永杰2（1.湖北武黄高速公路大修工程指挥部，武汉430074；2.武汉理工大学，武汉430070；深圳市众一工程材料有限公司，深圳518031）摘要：纤维复合材料是常用的道路工程材料之一，SMA是通过在沥青混合料掺入纤维以提高混合料路用性能的一种典型复合材料。本研究以聚酯纤维、玄武岩以及SBS改性沥青作为原材料，对不同纤维掺量下的SMA混合料的路用性能进行试验、分析，利用多重回归分析，预测出了聚酯纤维在SMA中的最佳掺量。关键词：聚酯纤维SMA最佳掺量增强机理多重回归随着我国公路事业的迅猛发展，现代交通越来越向着密度大、

2、轴载重、渠化交通的方向发展，因此对沥青路面面层的路用性能也提出了更高的要求。在众多改善面层使用性能的措施当中，在沥青混合料中掺加纤维添加剂更是国内外广大研究人员常用的一种方法。近年来日益推广的SMA（StoneMasticAsphalt）混合料则主要以提高沥青路面的全面使用性能为设计理念，在高温稳定性能、低温抗裂性能、耐久性能方面表现出了优势。它与普通沥青混合料最大的区别就在于纤维稳定剂的使用。通常根据纤维的种类的不同，纤维的掺量在一个范围内是变化的。在我国大部分SMA工程实例中，纤维掺量的确定更多的是依据经验设计，这样往往难以达到纤维的最佳掺量，同时，由于纤维的使用是SMA

3、混合料设计的关键，因此确定最佳的纤维掺量有助于体现SMA优良的路用性能。本研究主要目的就是通过评价在聚酯纤维不同掺量下的SMA混合料的体积以及路用性能，找出使用该纤维的一个最佳掺量用于指导混合料的设计以及SMA路面施工。1原材料1.1纤维本次试验使用的是美国菲特尔德A1聚酯纤维。聚酯纤维同沥青一样，也是一种典型的石油化工产品。该类纤维具有在很大的温度变化范围内不脆化、不变形的优点。并且每根纤维都是独立的，可以很好的和沥青结合。图1是该聚酯纤维的扫描电镜照片。主要的技术指标如表1所示。表1菲特尔德A1聚酯纤维技术参数纤维湿度7%Denier4.5直径0.022mm长度6.35m

4、m比重1.34熔点249℃抗拉强度552Mpa断裂延伸率30%图1聚酯纤维扫描电镜2试验与分析2.1马歇尔试验本次试验选用的级配为SMA-13，其合成级配以及曲线如下。表2SMA-13合成级配孔径（mm）1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075合成级配（%）10092.969.029.421.217.615.714.611.910.0图2SMA-13级配曲线通常所说的纤维掺量是纤维占全部混合料的质量的百分比。纤维掺量的不同，在混合料中的分散性，有效比表面积以及对混合料加强作用也不尽相同。本文选择了SMA-13型混合料以及聚酯纤维进行试验，纤维掺

5、量分别选择了0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%、0.40%。马歇尔试验结果如表3所示。表3纤维掺量对马歇尔试验结果的影响纤维掺量（%）最佳油石比（%）密度（g/cm3）空隙率（%）VMA（%）稳定度（KN）0.155.582.5413.117.510.620.205.782.5323.518.112.290.255.902.5303.818.415.060.306.152.5254.118.715.200.356.202.5184.718.814.980.406.182.5025.219.213.57表3中的结果可以用图3表示。图3纤维掺量对马歇尔试验

6、结果的影响从图3结果可以看出，随着聚酯纤维的掺量的增加，沥青混合料的最佳油石比会出现一个最大值，混合料的密度降低，空隙率与VMA都增大，而马歇尔稳定度也会随着纤维掺量的增加而出现一个峰值。由于纤维的加入，如同填料一样，需要更多的沥青来裹覆在纤维的表面，纤维的掺量越多，纤维的总比表面积越大，其所需要包裹的沥青的用量越多。但当纤维掺量超过一定量时，纤维在沥青中不能够有效分散，故混合料中沥青的最佳掺量也不在增加。这也是需要确定一个最佳的纤维掺量的最主要原因。纤维的相对密度较小，纤维加入混合料需要占据一定空间，且纤维具有一定的弹性效应，因此相同的击实功下，纤维沥青混合料难以被击实，从

7、而导致密度下降。因此对于SMA路面的施工，有必要提高压实功以及增加碾压次数。同时由于纤维的上述性质，导致空隙率以及VMA增大。从复合材料的角度来分析，宏观上纤维沥青混合料是连续的，但从细观的角度上看它又是不连续且为非均质的，因而伴随着纤维的加入，纤维的分散性往往受到限制时，结团的纤维有使混合料强度下降的趋势。这就解释了为何随着纤维掺量的增加，稳定度会出现峰值。依据空隙率的结果初步估计最佳纤维掺量在0.30%左右。2.2水稳定性能试验聚酯纤维对SMA混合料的水稳定性能有明显改善。不同纤维掺量下混合料的浸水