聚酯纤维在沥青混凝土中的应用
2012-03-26 来源：网络
经研究在沥青混凝土中加入聚合物纤维可以改善沥青路面的性质，对路面起到加筋和桥接作用，提高了路面的柔韧性，高温抗车辙能力、低温抗裂能力和改善了抗疲劳性能以及水稳定性能。
近几年来，国内道路建设人员应用国外的聚合物纤维，如德国的纤维产品DolanitAS@（德兰尼特，聚丙烯腈纤维）和美国开发研制的Bonifiber@（博尼维，聚酯纤维），在进行沥青路面结构研究、改性沥青力学性能研究的同时，对能够有效地解决常规沥青混凝土缺陷的纤维加强沥青混凝土进行了有效的尝试¨ ，取得了成效，但进口纤维的价格一直居高不下，在一定程度上限制了纤维的推广使用。
上海石化涤纶事业部自1998年起，开发研制用于道路沥青路面的聚酯纤维，于2002年形成20kt／a的生产能力，并与国内的有关高等院校、交通科学研究单位合作进行了纤维沥青混凝土的工程应用研究。目前该纤维产品（金路丝）已经用于高速公路和桥梁路面的铺设，产品质量完全用于高速公路和桥梁路面的铺设，产品质量完全达到进口质量指标，且生产成本低，质量的稳定性好。
1、路用纤维性能的要求
作为路用纤维要求其开始软化、熔融、裂解的温度越高越好，以适应沥青混凝土拌制工艺和摊铺工艺的使用需求；路用纤维应该具有较高的拉伸强度，并且在湿态下也不大幅度降低，适宜的断裂伸长率，并且可回复伸长率越大越好，尽可能高的初始模量。纤维的这些物理机械性能直接影响纤维沥青混凝土的力学性能，如：抗裂性能、抗拉性能、水稳定性能等；此外，路用纤维还要求在日光和大气作用下具有很好的稳定性 .4J.
1.1 对高温作用的稳定性
沥青混凝土要求在170～180％的高温下进行拌和，在150％条件下铺设和碾压，因此要求加入沥青混凝土的纤维必须耐高温。纤维对高温作用的稳定性可以用纤维的物理机械性能的变化以及高聚物的化学变化来评价。
聚丙烯的熔点仅176oC，不能满足沥青拌和工艺，因此，在目前的道路施工作业条件下尚不能用于沥青路面。其它各种合成纤维的熔点基本在200℃以上，理论上具备使用的可能性。尽管聚丙烯腈的熔点在超过200％后不明显，但是在200％温度下纤维开始变成棕色，说明聚合体已经发生了热分解。聚乙烯醇的热分解也是在温度达200oC时发生，这些纤维在应用中会受到一定影响。因此从纤维的热性能可以初步判断对高温作用的稳定性。在50oC条件下对各种纤维加热，观察纤维强度变化，结果表明：聚酯纤维受热1000h，强度损失仅50％；聚己内酰胺纤维加热5h就变黄，强度显著下降，收缩率增加；聚丙烯腈纤维加热150h，强度也损失了50％以上。说明聚酯纤维的耐热性最好。
1.2 力学性能
1.2.1 初始模量
初始模量取决于纤维的超分子结构以及分子间作用力，聚合物刚性越强，纤维越不容易发生形变；分子间的作用力越大，纤维的取向度或结晶度越高，则初始模量越大。聚酯分子链具有高度的立构规整性，同时分子链中的苯环与对位酯基是刚性基团，因此聚酯纤维有较高的初始模量。
1.2.2 断裂强度与断裂伸长率
由于分子结构决定了聚酯纤维具有较高的断裂强度，同时又具备适中的断裂延伸率，满足了掺人沥青混凝土的纤维必须具有较高的拉伸强度又具有一定的韧性、能够承受早晚温差的热胀冷缩以及外力冲击的要求。并且聚酯纤维的吸湿率低，其干、湿态条件下的断裂强度几乎相等，而其它纤维在湿态条件下则有不同程度的降低。由表2可见，聚己内酰胺纤维的湿态强度是干态的85％～90％，聚丙烯腈纤维的湿态强度是千态的80％～90％。在低温条件下，聚酯纤维和聚丙烯腈纤维的强度均有所增大，在一100cc时，聚酯纤维的强度可以增大50％并且不发脆。
1.2.3 抗疲劳性
材料被多次重复施加应力如：伸长、压缩、弯曲、切变后，力学性能发生衰减或破坏即材料会发生疲劳。聚酯纤维和聚己内酰胺纤维承受应力应变循环而不断裂的次数最高，因此耐疲劳强度明显好于其他纤维。另外，纤维的弹性恢复也能表征疲劳强度，弹性回复率高则表示抗疲劳强度也高。
1.3 在日光和大气作用下的稳定性
作为沥青路面的摊铺材料需要长期曝露在日光及大气中，因此抗紫外以及对大气作用的稳定性影响着材料的使用寿命。聚丙烯腈纤维具有优良的耐光和耐气候性。聚酯纤维和聚乙烯醇纤维在日光下长期曝晒，强度几乎不降低，也是很好的耐光和耐气候材料。 采集者退散
2、上海石化公司路用聚酯纤维的特性
由于生产超短纤维的技术比较特殊，世界上真正掌握纤维超短生产技术的企业并不多。上海石化公司通过采用比较特殊的生产技术开发生产出用于沥青混凝土中的聚酯纤维（金路丝），其采取了造纸业用不完全相同的技术方法，突出了纤维的应用特性要求和热稳定性等特殊的质量要求。 来源：考试大
2.1 金路丝的力学性能
金路丝的外观为束状单纤维，色泽为白色，无卷曲，单纤维的横截面呈圆形，纤维的表面光滑，两端有触角，有利于与沥青集料混合。金路丝具有良好的耐酸性，耐弱碱性也较好，但不耐强碱。对漂白剂一类氧化剂也具有良好的稳定性。不受微生物（蛀虫、霉菌等）的作用。具有很好的耐光性和对大气的稳定性。
作为沥青混凝土加强材料，聚酯超短纤维必须单根独立状态均匀地存在于沥青混凝土中，以致达到赋予混合料内聚力之目的。如果呈束状存在于沥青混合料中不仅达不到加强作用，反而会成为薄弱环节。金路丝是束状单根纤维，由于纤维的表面经过特殊的亲油性处理，在介质中具有良好的分散性，因此在掺人沥青混凝土后能够迅速地均匀分散，同时与沥青又有很好的亲和性。
金路丝的拉伸强度为500～1200MPa；由于聚酯纤维的吸湿性比较低，在标准温湿度条件下仅0.4％，湿态强度和干态强度基本相同，耐冲击强度很高；在低温条件下强度会有所增大，即使在一 100cc条件下，强度约增大50％，纤维也不会发脆。聚酯纤维的初始模量较高，因此在承受外力负荷时不易发生变形。金路丝韧性非常好，不容易拉断，可以承受很大外力负荷及拉伸应变。其弹性好，在承受碾压、弯曲和剪切变形时均有很好的弹性回复，当承受瞬间外力后纤维伸长3％时，几乎可以完全回复。 采集者退散
2.2 金路丝沥青混凝土路用性能影响
在沥青混凝土中加入纤维，由于纤维的吸附作用和微观加筋作用使沥青之间的粘滞力增加，延缓了沥青从矿料表面剥离的速度，因此抵抗水侵蚀的能力增加。沥青混合料对水的稳定性是通过最佳油石比条件下浸水马歇尔试验的残留稳定度值和冻融劈裂试验的劈裂强度比来评价。结果表明，添加了金路丝的沥青混凝土残留稳定性增加了2.8％，劈裂强度增加了16.45％。对沥青混凝土进行最佳油石比下的车辙试验，测得的动稳定度能够很好的反映沥青路面的耐高温性能。动稳定度试验是温度在60~C、轮压在0.7MPa的条件下进行的，表4反映了沥青混凝土变形lmm所需要的车轮作用次数，次数越多则材料的抗车辙能力越强，显然，添加纤维的沥青混凝土车轮作用次数增加了39.9％。
由于拉伸强度、初始模量、断裂伸长率均高，检验沥青？昆合料的低温抗裂性能采用一IO℃条件下小梁弯曲试验。在弯曲试验中，材料可以承受的破坏应力越大说明低温抗裂性能越好，从表4可见，添加纤维后的沥青混凝土低温抗裂能力增强了186.2％。
沥青路面的抗疲劳性能是采用20~C条件下小梁试件重复弯曲直至破坏的疲劳寿命。循环疲劳次数越高，说明沥青混凝土的抗疲劳性能越好。从表4可知，加入纤维的沥青混凝土的抗疲工农联盟性能增加了61.5％。
综上所述，添加金路丝对沥青混凝土路面使用质量和耐久质量的确起到了明显的作用。
3、结论
聚酯纤维是较适宜的纤维沥青混凝土增强材料，纤维沥青混凝土提高了沥青路面的高温抗车辙能力、低温抗裂性能、抗疲劳性能及水稳定性能。聚酯纤维金路丝具有很好的路用性能，添加0.3％金路丝与不加纤维的沥青混凝土比较，水稳定性的残留稳定性和劈裂强度比、高温稳定性的动稳定度及低温抗裂性能的破坏应变等都得到了明显的提高。聚酯纤维今后在沥青混凝土中的应用前景广阔。
