纤维沥青胶浆的作用机理及路用性能探究

纤维沥青胶浆的作用机理及路用性能探究

发表时间：2017-10-13T14:24:00.200Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第12期作者：张旭[导读] 纤维与沥青复合后会形成三维网络状结构，进而改善其使用性能。

重庆重交再生资源开发股份有限公司重庆市渝北区 400120 摘要：纤维与沥青复合后会形成三维网络状结构，进而改善其使用性能。本文探究了纤维对沥青胶浆的改性机理，阐述了纤维对沥青胶浆粘度特性、流变性能、低温特性等路用性能的改善效果，从而为纤维沥青胶浆的进一步发展提供参考价值。

关键词：纤维；沥青胶浆；动态流变；粘度引言

目前，随着公路交通事业的迅速发展，沥青路面已逐渐成为我国高等级公路的主要路面形式。研究表明，沥青路面优良的使用性能及寿命与沥青胶浆的性能密切相关，沥青胶浆作为沥青混合料的粘结剂，其性能的优劣对于沥青路面的性能有着举足轻重的影响，因此改善沥青胶浆的性能是提升沥青路面使用性能的重要手段。改善沥青胶浆使用性能传统的方法是添加一些填充物，如水泥颗粒、矿粉等物质，但改善效果并不明显。与此相比，研究者发现纤维掺入沥青胶浆后，均匀分散的纤维彼此缠绕，形成空间网状结构，对沥青的流动产生内摩阻力，即起到增加粘度的作用，从而提升沥青混合料的高温性能。同时，纤维的掺入可有效“增强”沥青胶浆，显著提高胶浆的高温蠕变极限强度，从而极大减少沥青胶浆的蠕变疲劳损伤，进而大幅延长沥青路面的使用寿命。因此，本文重点剖析了纤维对沥青胶浆的改善机理与效果，为今后的纤维沥青胶浆的发展做出指导。

1 纤维沥青胶浆的改性作用机理

当前国内外关于纤维改性沥青胶浆的改性作用机理主要包括纤维的吸附作用机理、纤维的稳定作用机理、纤维的增韧机理。

1.1 纤维的吸附作用机理

沥青性树脂具有很强的表面活性，能够浸润与吸附纤维，进而产生化学作用，沥青锦紧密地与纤维结合起来，这种作用力比游离在纤维外的沥青的胶结作用强很多，有更好的耐热性。此外，由于纤维与沥青的吸附作用，沥青用量也随之增大，使得沥青膜的厚度也变大，这个厚度的沥青不仅能长时间地维持沥青材料的粘弹性，也延缓了沥青的老化，进而降低沥青的温度敏感性，改善了沥青胶浆的高低温性能。

1.2 纤维的稳定作用机理

沥青胶浆中加入纤维，纤维与矿粉紧密连接，增强了沥青的胶结作用，从而能承受拉应力。添加的纤维中多为短纤维，其在沥青中的分布是无向的随机分布，即使纤维含量很低，但也会和沥青形成复杂的空间网状结构，甚至是骨架结构，这样的结构与结合料紧密结合，有很大的摩擦角，会形成更强大的拉应力。

1.3 纤维的增韧作用机理

沥青路面常常会产生各种裂缝，在荷载作用下，应力在裂缝尖端集中产生，从而使得裂缝扩展，当其尺寸达到临界值时，会转变为失稳扩展方式，直至结构断裂破坏，严重影响了沥青路面的使用寿命。当沥青中掺加的纤维形成网络结构后，会阻止裂缝的进一步扩展，从而提高了沥青路面结构的稳定性和抵抗裂纹发展的能力，改善了沥青混合料的抗疲劳性能。

另一方面，纤维协同吸附的沥青在集料的表面形成保护层，能够在低温条件下保持很强的粘结力，使结合料在低温下不至于松散，即使在路面开裂后，由于纤维的存在以及纤维的阻裂作用，能够保证混合料不至于散掉，这就能够保证路面结构的平整性，进而使得路面结构能正常使用。

2 纤维沥青胶浆使用性能的研究2.1纤维沥青胶浆粘度特性

沥青粘度可以直接反应沥青随温度变化的性能，常常被视为评价沥青温度敏感性的重要评价指标。当在沥青中加入纤维后，纤维随机均匀地分散于沥青胶浆中，二者之间紧紧吸附在一起，并形成空间网络者结构，这种结构会使得沥青内部产生内摩阻力，沥青胶浆的粘度也得以提高。研究表明，纤维的种类、掺加量、长径比是主要影响沥青胶浆粘度的因素。当纤维的掺量超过一定范围时，悬浮分散于沥青胶浆中的纤维即会彼此搭接，形成纤维—沥青网络状结构，提高了材料间的摩擦阻力，从而使得沥青胶浆的粘度变大。种类不同的纤维对沥青胶浆粘度的影响不尽相同，通常情况下，聚酯纤维对沥青胶浆的增粘作用最为明显，这是因为相比于其他纤维，聚酯纤维具有良好的韧性及适宜的长度，能在与沥青复合形成胶浆的过程中保持较好的形状，因而具有更大的比表面积，与沥青接触地更加紧密，更大程度上提升了沥青胶浆的粘度。

2.2纤维沥青胶浆的动态流变特性

沥青作为一种典型的粘弹性材料，不可避免地会受到温度的影响。美国SHRP提出了用动态流变试验来表征沥青的高温性能，测试指标主要有车辙因子和相位角。当纤维与沥青复合后，沥青胶浆的车辙因子和相位角均与基质沥青的变化规律相似，说明纤维的掺入未能影响到沥青胶浆的粘弹性质，但却会影响其数值，表明纤维会改善其性能。研究表明，纤维的掺入会使得胶浆的车辙因子变大，说明提升了胶浆的劲度和模量。而相位角却会随之降低，表明此时沥青胶浆正在由粘性向着弹性状态转变。产生以上变化的原因可能是，纤维在沥青胶浆中起到加筋的作用，改善了沥青的流变性能。当沥青胶受到荷载作用时，纤维的加筋作用会使得材料的弹性模量增大，沥青胶浆的车辙因子与相位角也随之变化，进而改善其沥青胶浆的高温性能。

2.3纤维沥青胶浆的低温性能

沥青路面在低温时会因为收缩而产生裂缝，严重地影响了沥青路面的使用性能，且增加了养护成本，因此有必要改善其低温性能。研究表明，当纤维掺入到沥青后，由于纤维和沥青会吸附在一起，无疑会加大沥青的用量。当沥青的用量变大时，沥青胶浆的柔性也会随之增大，此外，纤维的加筋作用使得沥青胶浆对低温应力产生一定的抵抗和分散作用。因此，纤维的掺入能有效改善沥青胶浆的低温性能。

3 结语

文章阐明了纤维与沥青复合的机理，分析了纤维的掺入可以有效改善沥青胶浆的使用性能，如粘度特性、高低温性能等，今后的研究发展方向应该注重于沥青与纤维的微观机理分析，从微观的角度去探究纤维是如何与沥青复合并改善沥青胶浆的性能，此外，应该进一步研究纤维对沥青混合料的影响。

参考文献

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作者简介：张旭，1989.8日出生，男，汉族，重庆市巫山县，科研员，初级工程师，本科，研究方向：建筑材料。