复合纤维沥青胶浆性能研究

复合纤维沥青胶浆性能研究
摘要：目前，纤维单掺沥青混合料已逐步开始广泛应用，通过掺入纤维增强沥青混合
料路用性能具备研究价值。

不同纤维由于物化性质差异对混合料路用性能改善不同。

通过将
不同纤维复掺以期实现各类型纤维优势互补，可实现沥青胶浆性能全面提升。

鉴于此，本文
开展复合纤维沥青胶浆性能研究。

本文以玄武岩纤维为基础，分别与聚酯、木质素纤维以不
同质量比例复掺制备纤维沥青胶浆，研究了纤维对沥青的吸附性能、纤维沥青胶浆的锥入度、软化点等常规性能。

关键词：复合纤维；沥青；胶浆；
引言
纤维作为当前沥青路面中常用的材料，可通过吸附稳定沥青、桥接加筋与沥
青混合料结合形成稳定的三维增强网络，有效增强沥青胶浆性能。

在沥青应用领
域中纤维种类繁多，其中主要可分为植物纤维、合成纤维和矿物纤维三类。

这三
种类型的典型代表是木质素纤维、聚酯纤维和玄武岩纤维。

不同纤维由于其成分、体积参数不同导致物理化学性能差别较大，因而与沥青结合的程度区别较大，对
进一步推广复核纤维沥青胶浆工程应用，具有参考意义。

纤维作为沥青混合料中常用的外掺材料，其自身的物理特性及其与沥青的结
合性能则对沥青混合料性能的提升效果起决定性作用。

因此针对纤维及纤维沥青
胶浆的常规性能进一步开展研究。

1、原材料
试验分别选用新加坡Esso A-70#道路石油沥青及高粘SBS改性沥青，试验选
用纤维稳定剂分别为木质纤维素（以下简称“CF”）、聚酯纤维（以下简称“PF”）及玄武岩纤维（以下简称“BF”）。

2 复合纤维沥青胶浆常规性能试验
2.1 复合纤维沥青制备
在复合纤维改性沥青制备中，参考现有研究确定总纤维掺量为沥青质量的3%[1,2]。

以玄武岩纤维为基础，分别选择聚酯纤维和木质素纤维复掺，按纤维复掺的掺配比例为3:0、2:1、1:1、1:2、0:3的掺配比例混合分别掺配至70#基质沥青、高粘SBS改性沥青中，制备复合纤维沥青胶浆。

主要制备步骤如下：
①将所需掺加的纤维放置烘箱于105℃下保温2h，烘干至恒重，确保纤维干燥；
②将试验用的沥青放置烘箱保温2h（70#基质沥青选择160℃、高粘SBS改性沥青选择175℃），使得沥青加热至液体流动状态；
③在特定加热条件下，按预定的掺配比例及掺量称取纤维，将纤维多次缓慢掺入沥青中，同时用玻璃棒均匀搅拌分散后再进行下一次添加。

然后用电动搅拌机对复合纤维沥青进行搅拌，让纤维完全打开和分散；
④共计为18种不同纤维比例的沥青胶浆、70#基质沥青、高粘SBS改性沥青原样，纤维改性沥青试样制备完成后需尽快浇筑试验样品进行相关试验。

2.2 复合纤维沥青网篮析漏试验
（1）同种纤维类型及掺配比例下，纤维对于基质沥青的吸持能力表现基本优于改性沥青。

这可能是因为与基质沥青相比，改性沥青自身已含有外掺剂等成分，通过吸收部分轻质组分发生溶胀等作用，进而导致纤维可吸附的轻质组分含量下降，因此表现出该性能趋势[3]。

（2）无论将纤维掺加至70#基质沥青或者高粘SBS改性沥青中，不同纤维种类对沥青吸持能力优劣为：玄武岩纤维<聚酯纤维<木质素纤维。

与玄武岩纤维相比，木质素纤维、聚酯纤维的70#基质沥青吸附量增加31.2%、109.4%。

这是因为纤维与沥青主要是物理吸附作用，对沥青的吸持能力与其自身的形貌结构、比表面积息息相关。

结合前述纤维微观形貌试验结果可知，木质素纤维自身存在大量细小的孔洞，极易吸附沥青，对沥青的吸持能力最强；聚酯纤维与玄武岩纤维则表面较为光滑，因而吸附作用较差。

但与玄武岩纤维相比，聚酯纤维为石油提
炼产品，根据相似相溶原理，其与沥青发生物理吸附时界面效应更加强烈，因此
对沥青的吸持性能更好。

（3）无论掺配玄武岩纤维+聚酯纤维或玄武岩纤维+木质素纤维，随着纤维
复掺比例有3:0变化至0:3，复掺纤维对沥青吸持能力的影响趋势均呈上升趋势。

玄武岩纤维所占比例下降，吸附能力更强的木质素或聚酯纤维不断加入，复掺纤
维的吸持性能因此得以逐渐提高。

2.3 复合纤维沥青锥入度试验
（1）与未掺纤维的70#沥青及高粘SBS改性沥青相比，掺加纤维改性后的沥
青锥入值显著下降，抗剪强度得到显著提升。

其中，至少分别提升抗剪强度
15.8%、13.8%，纤维对基质沥青的抗剪性能提升更加显著。

显然，纤维的掺入可
充分吸收沥青，起稳定沥青作用。

同时，在沥青胶结料内部形成相互交错的网络
结构，起加筋增韧作用[4-5]。

（2）不同纤维类型对相同沥青的抗剪强度提升程度优劣为聚酯纤维>木质素>玄武岩纤维。

这主要是不同纤维的自身长度、物理性质所导致。

聚酯纤维，使其
容易在沥青中形成很强的桥接网络，聚酯纤维对沥青的吸附作用较好。

而木质素
纤维素则其中空交叉的结构对沥青具有十分强烈的吸附作用，因此抗剪强度较好。

玄武岩纤维则在尽管可形成纤维网络，但无法稳定沥青，因此表现稍差。

（3）复掺玄武岩纤维+木质素纤维下，随着纤维掺配比例由3:0变化至0:3，锥入度基本呈先降后升趋势，而抗剪强度则正好相反。

结果表明：合理的玄武岩
纤维与木质素的复合掺配有利于在形成桥接纤维网络的同时稳定沥青流动，增强
沥青胶浆的抗剪强度。

（4）复掺玄武岩纤维+聚酯纤维下，当纤维掺配比例1:2时，70#沥青存在
抗剪强度峰值，而高粘SBS改性沥青的抗剪强度趋势则随纤维比例变化持续增加，与复掺玄武岩纤维+木质素纤维时有所区别。

这可能是因为两者长度相等且聚酯
纤维的物理力学性质较木质素纤维更好，较玄武岩纤维的沥青吸持能力更强，故
抗剪强度更高。

2.4 复合纤维沥青软化点试验
（1）与未掺纤维的沥青相比，掺加纤维改性后的70#及高粘SBS改性沥青的
软化点得以提升，至少分别提升软化点16.5%、3.3%。

参考现代胶体理论分析可知，沥青质为分散相分散在油分分散介质中并形成聚集，树脂组分则吸附其表面
并不断外扩形成不同类型的胶团结构（溶胶、溶-凝胶、凝胶）[4]。

纤维作为其中不溶于沥青的存在，与沥青各个组分不发生化学作用，因此看成沥青的沥青质存在。

因此，纤维提升沥青软化点的本质原因在于纤维的掺入改变了沥青原有的胶
体结构，提高了分散相比例，促使沥青由溶胶转变为溶-凝胶结构以至凝胶结构。

（2）单掺玄武岩纤维、聚酯纤维及木质素纤维改性沥青的软化点分别较未
掺纤维的70#基质提升16.5%、33.9%、17.8%；较未掺纤维的高粘SBS改性沥青
提升3.3%、11.6%、8.6%。

显然，聚酯纤维对沥青的软化点性能提升最优显著，
木质素纤维次之，玄武岩纤维提升最少。

这主要是因为聚酯纤维具备较好的沥青
吸附性能，同时自身可形成较好的加筋和桥接作用，而木质素纤维尽管可吸附沥青，增大沥青稠度，但自身纤维短，无法形成有效的纤维网络，玄武岩纤维则由
于沥青吸附性能差因而表现最差。

区别锥入度试验结果，软化点试验主要评价沥
青的感温性，因而纤维对沥青的吸附能力作用更加显著。

（3）相同复掺纤维类型下，随着纤维掺配比例由3:0变化至0:3，软化点基
本呈上升趋势。

与玄武岩纤维+木质素纤维相比，复掺玄武岩纤维+聚酯纤维时沥
青软化点的上升趋势更加显著。

此外，部分软化点曲线存在峰值，结果进一步表明，与单掺纤维相比，复掺纤维更有利于束缚高温下沥青的流动。

4 小结
通过室内试验对不同纤维类型的性能及微观形貌进行比较分析，并进一步研
究纤维复合掺配类型及比例对沥青的常规性能影响。

主要研究结论如下：
（1）网篮析漏试验表明，木质素纤维对沥青吸持能力最出色，聚酯纤维次之，玄武岩纤维最差。

随着纤维复掺比例有3:0变化至0:3，玄武岩纤维比例下降，复掺纤维对沥青吸持能力逐渐增强。

（2）与未掺纤维的沥青相比，纤维的掺入有效提升沥青的软化点及抗剪强度。

不同纤维类型对相同沥青的软化点及抗剪强度提升程度优劣为聚酯纤维>木质素纤维>玄武岩纤维。

（3）随着纤维复掺比例有3:0变化至0:3，玄武岩纤维比例随之减少，复合纤维沥青胶浆的软化点及抗剪强度则随之上升。

与单掺纤维改性沥青相比，复掺纤维改性沥青的软化点及抗剪强度均更出色。

参考文献
[1]刘学鹏. 复合纤维SMA-13沥青混合料在广惠高速公路中的应用研究[D]. 长沙理工大学, 2019.
[2]岳红波. 混杂纤维改性沥青混合料性能研究[D]. 武汉理工大学, 2008.
[3]伏伟俐. 复掺纤维SMA-13沥青混合料性能试验研究[D]. 扬州大学, 2019
[4]林贤福, 陈志春. 沥青的纤维增强改性及其改性剂的研究[J]. 公路, 1999(01): 53-55.
[5]陈华鑫, 张争奇, 胡长顺. 纤维沥青路用性能机理[J]. 长安大学学报(自然科学版), 2002(06): 5-7.。