聚酯纤维对高黏改性沥青影响的研究

刘卧龙　周雪勤

摘要 针对目前城市道路建设出现的一系列问题，国家提出建设具有我国特色的海绵城市，而其中关键点就是透水路面的研究与推广使用。文章通过在SBS改性沥青中添加聚酯纤维，研究聚酯纤维的掺入对SBS复合改性沥青性能的影响。试验结果表明：控制SBS掺量为4%时，掺加聚酯纤维可有效提高复合改性沥青的抗裂性能、抗疲劳性能和黏结性能。当聚酯纤维掺量为2.0%时，对抗裂性能和黏结性能提高最佳;聚酯纤维掺量为2.5%时，对抗疲劳性能提高最佳。

关键词 聚酯纤维;高黏改性沥青;多孔沥青路面

中图分类号 U414文献标识码 A文章编号 2096-8949（2022）11-0067-03

引言

多孔沥青路面雨天路表无积水，可实现轮胎与路表无水膜产生，保障路面雨天的抗滑能力，缩短刹车距离，提高行车安全性和舒适性。但其较大的孔隙导致混合料出现黏结强度和耐久性下降等问题。采用高黏度的改性沥青在一定程度上可提高多孔沥青混合料内部的黏结力，保证路面具有较好的透水功能和路用性能。目前应用较广泛的高黏改性剂为SBS改性剂，由其制备的复合改性沥青可极大地改善多孔沥青混合料的耐久性及抗疲劳等性能[1，2]。为进一步改善高黏改性沥青的抗裂性能和抗疲劳性能，该文通过将聚酯纤维与SBS復合改性探究对高黏改性沥青的抗裂性、抗疲劳性能和与集料的黏结性能的效果，从而为多孔沥青路面在我国的推广应用提供理论指导。

1 国内外研究现状

近年来，随着我国城市发展进程的不断加快，城市地表逐渐被不透水的钢筋混凝土类建筑和路面铺装所覆盖。同时，目前的城市建设中，有关城市道路、人行道、停车场、广场及公园道路的铺装时，都会着重要求路面的强度和耐久性等基本性能和审美观感的艺术体现，因此水泥混凝土类和沥青混合料类材料成为目前应用最广、路用性能最佳的铺装材料。此类路面便于施工，成本低廉，强度及耐久性好，但从长远考虑会对城市的生态环境产生严重的不可逆影响，严重制约城市的建设和发展，其缺点主要表现在不透气的铺装结构会减少雨水的下渗，大部分雨水只能借助城市的排水系统排出，导致城市的地下水不能良性地循环补充。同时致密的城市路表还会在暴雨天因排水不畅导致路面积水，车辆行驶时更易形成水漂、水雾，降低轮胎与路面的附着力，导致车辆打滑，增大刹车距离，造成交通安全隐患，危急行车安全;在暴雨天时，城市地表径流量会急剧增高，短时间内出现峰值，增加城市排水系统的疏水压力，甚至出现城市内涝[3，4]。同时，由于路表的致密结构，车辆在行驶过程中会产生较大噪声污染，干扰道路周边居民的正常生活。

国外对多孔沥青路面的研究相对较早，美国和西欧国家早在二十世纪六七十年代就着手探究透水路面的基本原理、材料组成和结构组合，在此基础上对透水路面进行推广应用，经过多年的发展在各方面研究体系已经逐渐趋于完善。目前的研究均是以多孔沥青路面为基础展开的，并且对多孔沥青路面的结构形式展开系统性研究[5，6]。

多孔沥青混合料的级配设计方面主要表现在满足目标空隙率和实现石-石嵌挤的混合料特征，这二者是实现多孔沥青混合料良好功能性和结构性的根本要求。采用干紧堆法进行多孔沥青混合料的级配设计，后期对干紧堆法进行改进，采用湿紧堆法开展多孔沥青混合料的级配设计。国内研究人员结合贝雷法在密级配沥青混合料的应用研究，采用“预留空隙率”的级配设计思路，将贝雷法推广到多孔沥青混合料的级配设计，并在此基础上引入粗骨料填充法进行多孔沥青混合料的级配组成设计。多孔沥青混合料级配设计时应依据粗、细集料在混合料中发挥的作用不同而分别设计，基于离散元理论和试验探究相结合，并以4.75 mm筛孔通过率作为粗集料级配的控制要点来展开多孔沥青混合料的级配设计理论。还有一些国内研究人员采用体积法对2.36 mm和4.75 mm两种筛孔集料质量通过百分率对多孔沥青混合料空隙率的影响进行分析，并结合大量的实验数据，2.36 mm和4.75 mm两种筛孔集料质量通过百分率的最佳参考范围。

沥青胶结料的材料性能是多孔沥青路面设计的另一关键技术指标，现阶段普遍采用高黏改性沥青作为多孔沥青路面的胶结料来提高沥青混合料的强度和耐久性。研究发现掺量为4%的聚酯纤维与TPS复合改性的高黏沥青具备较好的增黏、吸附稳定以及加筋作用，可以改善沥青混合料的抗裂性能。采用国内研发的高黏改性剂SINO TPS对基质沥青进行复合改性，研究发现可提高沥青混合料的高温性能、低温性能和耐久性。借助自主研发的高黏改性剂ESBS可改善沥青混合料的抗飞散、高温抗车辙和低温抗裂能力。采用SBS、黏结性树脂、增塑剂和稳定剂复合制备高黏改性沥青，原料在最佳掺量下制备的沥青材料具有较好的黏结性和耐久性。将掺量为4%的SBS和20%的胶粉作为改性剂制备高黏复合改性橡胶沥青，试验发现其具备的良好的路用性能和渗水性能[7]。

2 改性沥青的制备

相比普通沥青而言，高黏改性沥青的优点主要体现在60 ℃的动力黏度大于20 000 Pa·s，软化点都在80 ℃以上且黏韧性和韧性都较高。高黏改性沥青可以解决普通沥青用于透水沥青路面的强度和耐久性不足问题，以及服役中出现压密导致空隙率减小和混合料松散等问题[8]。《透水沥青路面技术规程》（CJJ/T 190—2012）中对高黏改性沥青提出详细的技术要求，详见表1。

热塑性弹性体类SBS改性剂制备的改性沥青可以提高多孔沥青混合料的强度和耐久性等路用性能。聚酯纤维具有韧性好、不易断裂，耐高温等特点，可提高混合料的低温抗裂性和抗疲劳性能。该文以SK-90#重交通道路石油沥青为基质沥青，将聚酯纤维和SBS改性剂按照适当掺入量进行复合制备高黏改性沥青。在控制温度为170～180 ℃条件下采用搅拌、剪切、溶胀3个阶段将聚酯纤维和SBS改性剂加入基质沥青中进行有效复合来制备研究所需的高黏改性沥青[9]。2AB3A8D7-D576-4F35-8D62-C478A643A260

为探究聚酯纤维掺量对SBS改性沥青性能的影响，将SBS改性剂控制为基质沥青的4%，聚酯纤维的掺量控制为0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%和3%来开展试验研究。

3 改性沥青的性能测试

3.1 抗疲劳性能

SHRP中提出疲劳因子G*sin δ可作为探究沥青抗疲劳性能的指标，其数值越大，说明沥青中黏性成分含量越高，沥青路面越易产生疲劳开裂。探究25 ℃下不同聚酯纤维掺量对SBS改性剂复合改性沥青抗疲劳性能的影响，结果如图1所示。

25 ℃疲劳因子

由图1可知，相比未掺加聚酯纤维的SBS复合改性沥青，掺加聚酯纤维的复合高黏改性沥青的抗疲劳性能均得到提高。随着聚酯纤维掺量的增加，疲劳因子G*sin δ均呈先减小后增大的趋势。当聚酯纤维掺量为2.5%时左右时达到最小值，表明此时复合高黏改性沥青的抗疲劳性能达到最佳效果。

3.2 抗开裂性能

采用抗拉强度作为评价指标来探究不同聚酯纤维掺量对SBS改性剂复合改性沥青抗开裂能的影响。具体试验结果如图2所示。

由图2可知，相比未摻加聚酯纤维的SBS改性沥青，掺加聚酯纤维的高黏改性沥青抗拉强度得到明显提高，且随着聚酯纤维掺量的增加，呈先增大后减小的趋势。当聚酯纤维掺量为2%时达到最大值，主要是加入的聚酯纤维分布在改性沥青中形成细小的网状结构，能提高沥青的黏聚性，并增加多孔沥青路面的整体性和刚度。当聚酯纤维的掺量超过2%之后，由于聚酯纤维产生结团现象，形成薄弱部分，从而降低其抗拉强度。

抗拉强度试验结果

3.3 黏结性能

借助万能试验机拉拔试验进一步研究沥青被聚酯纤维和SBS改性剂复合改性之后与集料的黏结性能效果，具体试验结果如图3所示。

由图3可知，相比未掺加聚酯纤维的SBS改性沥青，掺加聚酯纤维的高黏改性沥青与集料的黏结性能均得到明显提高，且随着聚酯纤维掺量的增加，呈先增大后减小的趋势。当聚酯纤维掺量为2%时达到最大值，主要是由于加入的聚酯纤维在改性沥青中形成均匀网状结构，极大地提高沥青的黏聚性及与集料的黏结力，拉拔黏结力的提升，间接反映出能够提高多孔沥青路面的抗松散性能，并增加路面结构的整体稳定性和耐久性。当聚酯纤维的掺量超过2%之后，此时多余的聚酯纤维发生结团现象，在沥青内部形成薄弱结构，从而导致沥青与集料的黏结性能下降。

4 结束语

（1）控制SBS改性剂掺量4%，随着聚酯纤维掺量增加，制备的高黏改性沥青疲劳因子G*sin δ均减小，呈先减小后增大的趋势，在掺量为2.0%时达到最小值，抗疲劳性能最大。

（2）控制SBS改性剂掺量4%，随着聚酯纤维掺量增加，制备的高黏改性沥青抗拉强度呈先增大后减小的趋势，在掺量为2.0%时抗拉强度和断裂延伸率均达到最大值，抗裂性能最佳。

（3）控制SBS改性剂掺量4%，随着聚酯纤维掺量增加，制备的高黏改性沥青与集料的黏结力呈先增大后减小的趋势，在掺量为2.0%时的黏结力均达到最大值，沥青与集料的黏结性能最好。

（4）聚酯纤维和SBS改性剂制备的高黏改性沥青具有较好的抗疲劳性能、抗裂性能和与集料的黏结性能，可为多孔沥青路面在海绵城市的进一步应用推广提供技术支撑。

参考文献

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收稿日期：2022-03-09

作者简介：刘卧龙（1990—），男，硕士研究生，助理工程师，研究方向：海绵城市透水沥青路面材料与结构设计。2AB3A8D7-D576-4F35-8D62-C478A643A260