隨著交通量的迅速增加以及極端氣候的頻繁出現(xiàn)[1-2]，對(duì)瀝青路面的使用性能提出了更高的要求，而瀝青路面服役期內(nèi)車(chē)轍、裂縫、水損壞等病害的出現(xiàn)[3-4]，則會(huì)嚴(yán)重影響路面耐久性[5]。為提升瀝青混合料性能，研究人員在瀝青中摻加聚合物[6]、高模量劑[7]、聚氨酯[8]、多聚磷酸[9] 等改性劑以改善瀝青性能，或通過(guò)優(yōu)化混合料的礦料級(jí)配[10]、改變混合料成型方式、提升混合料壓實(shí)度[11]等方法提升混合料性能。而纖維因其良好的技術(shù)特性，摻入瀝青混合料后既能抑制瀝青路面裂縫、高溫車(chē)轍、低溫開(kāi)裂以及水損壞，又能提升瀝青路面的使用壽命[12-13]。目前瀝青混合料中常用的纖維種類(lèi)有礦物纖維、聚酯纖維、木質(zhì)素纖維，其他類(lèi)型纖維還有玻璃纖維、碳纖維和合成纖維等[14-15]，其中玄武巖礦物纖維由天然玄武巖石制成，因其生產(chǎn)周期短、無(wú)污染、能耗低而廣泛用于瀝青混合料中。但因不同類(lèi)型纖維其性質(zhì)有所差異，對(duì)混合料的瀝青用量、力學(xué)性能、施工工藝等也有不同影響。

為此，本文以AC-20瀝青混合料為研究對(duì)象，在分析不同類(lèi)型纖維對(duì)AC-20瀝青混合料性能影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，基于力學(xué)性能最優(yōu)原則推薦了不 同類(lèi)型纖維最佳摻量，并對(duì)比分析了不同纖維類(lèi)型 對(duì)瀝青混合料力學(xué)性能的影響，以供工程實(shí)踐參考。

1.1.1瀝青

采用雙龍牌A級(jí)70#瀝青，其基本指標(biāo)見(jiàn)表1。

1.1.2集料

采用石灰?guī)r碎石粗集料，粒徑分為19mm~26.5mm、9.5mm~19mm、4.75mm~9.5mm和2.36mm~4.75mm四檔，細(xì)集料和礦粉由石灰?guī)r碎石加工制成。集料壓碎值為21.1%，其他技術(shù)指標(biāo)均滿(mǎn)足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)要求。

1.1.3纖維

采用玄武巖礦物纖維、木質(zhì)素纖維和聚酯纖維，其技術(shù)指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)定要求。

由圖1(a)、(b)可知，不同級(jí)配類(lèi)型的瀝青混合料，隨著礦物纖維摻量的不斷增加，試件的穩(wěn)定度和抗剪強(qiáng)度呈先升后降趨勢(shì)，當(dāng)摻量為0.3%時(shí)，穩(wěn)定度和抗剪強(qiáng)度達(dá)到峰值。分析原因:當(dāng)?shù)V物纖維的摻量較低時(shí)，纖維可充分分散到瀝青混合料中，使得纖維瀝青混合料的均勻性較好，礦物纖維能有效吸附瀝青，提高了混合料中結(jié)構(gòu)瀝青的比例，使瀝青的粘滯性增加，從而能夠充分發(fā)揮礦物纖維的穩(wěn)定作用，因此隨著礦物纖維摻量的增加，瀝青混合料試件的穩(wěn)定度和抗剪強(qiáng)度不斷增加;當(dāng)?shù)V物纖維摻量達(dá)到0.3%時(shí)，礦物纖維在瀝青混合料中的加筋和穩(wěn)定作用呈現(xiàn)出最佳狀態(tài)，使得此時(shí)的瀝青混合料試件的穩(wěn)定度和抗剪強(qiáng)度達(dá)到峰值。后隨礦物纖維摻量的增加，瀝青混合料拌和過(guò)程中出現(xiàn)結(jié)團(tuán)、分布不均勻情況，致使瀝青混合料中出現(xiàn)“強(qiáng)度弱點(diǎn)”，影響瀝青混合料的高溫性能，同時(shí)因纖維摻量的增加吸附了大量瀝青，使得瀝青用量增加，直接影響到瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性[16]。因此，礦物纖維摻量過(guò)大對(duì)瀝青混合料的高溫性能不利。

由圖1(c)可知，不同級(jí)配類(lèi)型的瀝青混合料，當(dāng)瀝青混合料中摻加礦物纖維后，隨著礦物纖維摻量的增加，瀝青混合料試件的劈裂強(qiáng)度不斷提升，但是當(dāng)?shù)V物纖維摻量大于0.3%后，試件的劈裂強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度變緩。主要因?yàn)闉r青混合料中摻加礦物纖維后，大量的礦物纖維分散到混合料中形成纖維結(jié)構(gòu)網(wǎng)，對(duì)混合料起到加筋作用，增大試件的極限抗拉強(qiáng)度，從而提高試件的劈裂強(qiáng)度。而當(dāng)?shù)V物纖維摻量超過(guò)最佳纖維摻量后，再增加礦物纖維的摻量，對(duì)混合料試件抗拉強(qiáng)度增強(qiáng)作用不明顯，使得劈裂強(qiáng)度的增加幅度放緩。

綜上分析，礦物纖維最佳摻量為0.3%。

由圖2可知，摻加木質(zhì)素纖維的瀝青混合料與摻加礦物纖維的瀝青混合料變化規(guī)律類(lèi)似，即隨著纖維摻量的增加，力學(xué)強(qiáng)度呈先升后降的趨勢(shì)。當(dāng)瀝青混合料中摻加木質(zhì)素纖維后，混合料的力學(xué)強(qiáng)度明顯提高，且當(dāng)木質(zhì)素纖維摻量為0.4%或0.5%時(shí)，瀝青混合料中各項(xiàng)力學(xué)性能表現(xiàn)較好，其中摻量為0.5%時(shí)，瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、抗剪強(qiáng)度以及劈裂強(qiáng)度分別較未摻加木質(zhì)素纖維時(shí)提高了8%、8%、10%。圖2表明，當(dāng)木質(zhì)素纖維摻量過(guò)少時(shí)，纖維所能吸附的瀝青較少，瀝青混合料中結(jié)構(gòu)瀝青含量較低，瀝青混合料力學(xué)強(qiáng)度未達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，隨著瀝青混合料中木質(zhì)素纖維的不斷增加，其力學(xué)性能不斷提升。但當(dāng)瀝青混合料中木質(zhì)素纖維摻量過(guò)多后，雖然纖維吸附的瀝青增多，而過(guò)多的自由瀝青降低了瀝青混合料中礦料的嵌擠力，反而不利于纖維在瀝青混合料中的分散，從而不斷降低瀝青混合料的力學(xué)性能。

因此，綜上分析，瀝青混合料中木質(zhì)素纖維的最佳摻量為0.5%。

由圖3可知，摻加聚酯纖維的瀝青混合料，其馬歇爾穩(wěn)定度、抗剪強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度都較不摻加纖維的瀝青混合料均有所增加，這表明聚酯纖維的摻加有助于瀝青混合料的力學(xué)性能提升。這是因?yàn)榫埘ダw維的摻入增加了混合料中纖維瀝青的用量，使得瀝青混合料中結(jié)構(gòu)瀝青的比例增加，礦料表面的瀝青膜厚度變厚，提升了礦料間的粘聚力，有助于提升瀝青混合料的力學(xué)性能。同時(shí)，聚酯纖維在瀝青混合料中也能起到加筋以及穩(wěn)定作用，提升了瀝青混合料的抗破壞能力，對(duì)提升瀝青混合料的高溫、低溫性能有所幫助。

由圖3還可知，摻加聚酯纖維的瀝青混合料的力學(xué)強(qiáng)度，隨著纖維摻量的增加不斷增大，在纖維摻量為0.2%時(shí)出現(xiàn)峰值，而后隨纖維摻量的增加，力學(xué)強(qiáng)度則呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，這表明瀝青混合料中也存在一個(gè)最佳聚酯纖維摻量值，其機(jī)理如摻入礦物纖維和木質(zhì)素纖維相似，在此不作分析。

綜合上述分析，瀝青混合料中聚酯纖維的最佳摻量為0.2%。

由表4可知，雖然摻入不同類(lèi)型的纖維均有助于瀝青混合料力學(xué)性能的提升，但不同纖維類(lèi)型，其力學(xué)性能的提升效果存在差異。其中礦物纖維和聚酯纖維的力學(xué)性能相較木質(zhì)素纖維提升效果較好。試驗(yàn)結(jié)果表明，礦物纖維、木質(zhì)素纖維和聚酯纖維瀝青混合料的穩(wěn)定度、抗剪強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度，相對(duì)于未摻加纖維的AC-20瀝青混合料分別提升了7%、4%、5%，15%、8%、13%和14%、9%、12%。

分析差異原因:

1)礦物纖維自身的抗拉強(qiáng)度和彈性模量較高，其以三維網(wǎng)狀形式分散到瀝青中，在混合料中形成加筋作用，有效提升了混合料韌性以及強(qiáng)度，同時(shí)，纖維的摻加使得瀝青膜厚增加，礦料間的粘結(jié)力增強(qiáng)，使得瀝青混合料的力學(xué)性能提升[17];

2)聚酯纖維和瀝青是高分子化合物，兩者形成的復(fù)合材料有較強(qiáng)的界面結(jié)合力，由于聚酯纖維的單絲更細(xì)，單位質(zhì)量下纖維根數(shù)更多，能較好地分散到瀝青混合料中，因此瀝青與纖維形成的纖維瀝青膠漿空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)礦料的裹敷力更強(qiáng)。同時(shí)，纖維能吸附更多的瀝青，使得瀝青膜厚度變厚，纖維瀝青膠漿的粘結(jié)性更好，且混合料高溫拌和過(guò)程中，高溫作用使得纖維變得卷曲融入到瀝青中，對(duì)瀝青膠體結(jié)構(gòu)起到一定改善，增加了瀝青混合料的整體性，礦料間的界面作用力增加，從而提升了瀝青混合料的力學(xué)性能;

3)木質(zhì)素纖維相對(duì)于上述2種纖維，雖能吸附大量瀝青，對(duì)瀝青混合料的韌性增加起到一定作用，對(duì)瀝青混合料力學(xué)性能有一定提升作用。但因木質(zhì)素纖維在混合料中分散性較差，其加筋作用不顯著，致使其提升瀝青混合料力學(xué)性能的能力較其他纖維瀝青混合料差，表現(xiàn)為力學(xué)性能的提升幅度低于其他2種纖維瀝青混合料。

1)通過(guò)研究纖維摻量對(duì)瀝青混合料的穩(wěn)定度、抗剪強(qiáng)度以及劈裂強(qiáng)度等力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明:纖維瀝青混合料中礦物纖維、木質(zhì)素纖維和聚酯纖維的最佳摻量分別為0.3%、0.5%和0.2%。

2)對(duì)比分析了不同纖維類(lèi)型對(duì)瀝青混合料力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明:礦物纖維對(duì)瀝青混合料力學(xué)性能的提升較木質(zhì)素纖維和聚酯纖維好。其中，礦物纖維、木質(zhì)素纖維和聚酯纖維瀝青混合料的穩(wěn)定度、抗剪強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度相較未摻加纖維分別提升了7%、4%、5%，15%、8%、13%和14%、9%、12%。