聚酯纖維在瀝青混凝土中的應(yīng)用
2012-03-26 來源：網(wǎng)絡(luò)
經(jīng)研究在瀝青混凝土中加入聚合物纖維可以改善瀝青路面的性質(zhì)，對(duì)路面起到加筋和橋接作用，提高了路面的柔韌性，高溫抗車轍能力、低溫抗裂能力和改善了抗疲勞性能以及水穩(wěn)定性能。
近幾年來，國內(nèi)道路建設(shè)人員應(yīng)用國外的聚合物纖維，如德國的纖維產(chǎn)品DolanitAS@（德蘭尼特，聚丙烯腈纖維）和美國開發(fā)研制的Bonifiber@（博尼維，聚酯纖維），在進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)研究、改性瀝青力學(xué)性能研究的同時(shí)，對(duì)能夠有效地解決常規(guī)瀝青混凝土缺陷的纖維加強(qiáng)瀝青混凝土進(jìn)行了有效的嘗試¨ ，取得了成效，但進(jìn)口纖維的價(jià)格一直居高不下，在一定程度上限制了纖維的推廣使用。
上海石化滌綸事業(yè)部自1998年起，開發(fā)研制用于道路瀝青路面的聚酯纖維，于2002年形成20kt／a的生產(chǎn)能力，并與國內(nèi)的有關(guān)高等院校、交通科學(xué)研究單位合作進(jìn)行了纖維瀝青混凝土的工程應(yīng)用研究。目前該纖維產(chǎn)品（金路絲）已經(jīng)用于高速公路和橋梁路面的鋪設(shè)，產(chǎn)品質(zhì)量完全用于高速公路和橋梁路面的鋪設(shè)，產(chǎn)品質(zhì)量完全達(dá)到進(jìn)口質(zhì)量指標(biāo)，且生產(chǎn)成本低，質(zhì)量的穩(wěn)定性好。
1、路用纖維性能的要求
作為路用纖維要求其開始軟化、熔融、裂解的溫度越高越好，以適應(yīng)瀝青混凝土拌制工藝和攤鋪工藝的使用需求；路用纖維應(yīng)該具有較高的拉伸強(qiáng)度，并且在濕態(tài)下也不大幅度降低，適宜的斷裂伸長率，并且可回復(fù)伸長率越大越好，盡可能高的初始模量。纖維的這些物理機(jī)械性能直接影響纖維瀝青混凝土的力學(xué)性能，如：抗裂性能、抗拉性能、水穩(wěn)定性能等；此外，路用纖維還要求在日光和大氣作用下具有很好的穩(wěn)定性 .4J.
1.1 對(duì)高溫作用的穩(wěn)定性
瀝青混凝土要求在170～180％的高溫下進(jìn)行拌和，在150％條件下鋪設(shè)和碾壓，因此要求加入瀝青混凝土的纖維必須耐高溫。纖維對(duì)高溫作用的穩(wěn)定性可以用纖維的物理機(jī)械性能的變化以及高聚物的化學(xué)變化來評(píng)價(jià)。
聚丙烯的熔點(diǎn)僅176oC，不能滿足瀝青拌和工藝，因此，在目前的道路施工作業(yè)條件下尚不能用于瀝青路面。其它各種合成纖維的熔點(diǎn)基本在200℃以上，理論上具備使用的可能性。盡管聚丙烯腈的熔點(diǎn)在超過200％后不明顯，但是在200％溫度下纖維開始變成棕色，說明聚合體已經(jīng)發(fā)生了熱分解。聚乙烯醇的熱分解也是在溫度達(dá)200oC時(shí)發(fā)生，這些纖維在應(yīng)用中會(huì)受到一定影響。因此從纖維的熱性能可以初步判斷對(duì)高溫作用的穩(wěn)定性。在50oC條件下對(duì)各種纖維加熱，觀察纖維強(qiáng)度變化，結(jié)果表明：聚酯纖維受熱1000h，強(qiáng)度損失僅50％；聚己內(nèi)酰胺纖維加熱5h就變黃，強(qiáng)度顯著下降，收縮率增加；聚丙烯腈纖維加熱150h，強(qiáng)度也損失了50％以上。說明聚酯纖維的耐熱性最好。
1.2 力學(xué)性能
1.2.1 初始模量
初始模量取決于纖維的超分子結(jié)構(gòu)以及分子間作用力，聚合物剛性越強(qiáng)，纖維越不容易發(fā)生形變；分子間的作用力越大，纖維的取向度或結(jié)晶度越高，則初始模量越大。聚酯分子鏈具有高度的立構(gòu)規(guī)整性，同時(shí)分子鏈中的苯環(huán)與對(duì)位酯基是剛性基團(tuán)，因此聚酯纖維有較高的初始模量。
1.2.2 斷裂強(qiáng)度與斷裂伸長率
由于分子結(jié)構(gòu)決定了聚酯纖維具有較高的斷裂強(qiáng)度，同時(shí)又具備適中的斷裂延伸率，滿足了摻人瀝青混凝土的纖維必須具有較高的拉伸強(qiáng)度又具有一定的韌性、能夠承受早晚溫差的熱脹冷縮以及外力沖擊的要求。并且聚酯纖維的吸濕率低，其干、濕態(tài)條件下的斷裂強(qiáng)度幾乎相等，而其它纖維在濕態(tài)條件下則有不同程度的降低。由表2可見，聚己內(nèi)酰胺纖維的濕態(tài)強(qiáng)度是干態(tài)的85％～90％，聚丙烯腈纖維的濕態(tài)強(qiáng)度是千態(tài)的80％～90％。在低溫條件下，聚酯纖維和聚丙烯腈纖維的強(qiáng)度均有所增大，在一100cc時(shí)，聚酯纖維的強(qiáng)度可以增大50％并且不發(fā)脆。
1.2.3 抗疲勞性
材料被多次重復(fù)施加應(yīng)力如：伸長、壓縮、彎曲、切變后，力學(xué)性能發(fā)生衰減或破壞即材料會(huì)發(fā)生疲勞。聚酯纖維和聚己內(nèi)酰胺纖維承受應(yīng)力應(yīng)變循環(huán)而不斷裂的次數(shù)最高，因此耐疲勞強(qiáng)度明顯好于其他纖維。另外，纖維的彈性恢復(fù)也能表征疲勞強(qiáng)度，彈性回復(fù)率高則表示抗疲勞強(qiáng)度也高。
1.3 在日光和大氣作用下的穩(wěn)定性
作為瀝青路面的攤鋪材料需要長期曝露在日光及大氣中，因此抗紫外以及對(duì)大氣作用的穩(wěn)定性影響著材料的使用壽命。聚丙烯腈纖維具有優(yōu)良的耐光和耐氣候性。聚酯纖維和聚乙烯醇纖維在日光下長期曝曬，強(qiáng)度幾乎不降低，也是很好的耐光和耐氣候材料。 采集者退散
2、上海石化公司路用聚酯纖維的特性
由于生產(chǎn)超短纖維的技術(shù)比較特殊，世界上真正掌握纖維超短生產(chǎn)技術(shù)的企業(yè)并不多。上海石化公司通過采用比較特殊的生產(chǎn)技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)出用于瀝青混凝土中的聚酯纖維（金路絲），其采取了造紙業(yè)用不完全相同的技術(shù)方法，突出了纖維的應(yīng)用特性要求和熱穩(wěn)定性等特殊的質(zhì)量要求。 來源：考試大
2.1 金路絲的力學(xué)性能
金路絲的外觀為束狀單纖維，色澤為白色，無卷曲，單纖維的橫截面呈圓形，纖維的表面光滑，兩端有觸角，有利于與瀝青集料混合。金路絲具有良好的耐酸性，耐弱堿性也較好，但不耐強(qiáng)堿。對(duì)漂白劑一類氧化劑也具有良好的穩(wěn)定性。不受微生物（蛀蟲、霉菌等）的作用。具有很好的耐光性和對(duì)大氣的穩(wěn)定性。
作為瀝青混凝土加強(qiáng)材料，聚酯超短纖維必須單根獨(dú)立狀態(tài)均勻地存在于瀝青混凝土中，以致達(dá)到賦予混合料內(nèi)聚力之目的。如果呈束狀存在于瀝青混合料中不僅達(dá)不到加強(qiáng)作用，反而會(huì)成為薄弱環(huán)節(jié)。金路絲是束狀單根纖維，由于纖維的表面經(jīng)過特殊的親油性處理，在介質(zhì)中具有良好的分散性，因此在摻人瀝青混凝土后能夠迅速地均勻分散，同時(shí)與瀝青又有很好的親和性。
金路絲的拉伸強(qiáng)度為500～1200MPa；由于聚酯纖維的吸濕性比較低，在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下僅0.4％，濕態(tài)強(qiáng)度和干態(tài)強(qiáng)度基本相同，耐沖擊強(qiáng)度很高；在低溫條件下強(qiáng)度會(huì)有所增大，即使在一 100cc條件下，強(qiáng)度約增大50％，纖維也不會(huì)發(fā)脆。聚酯纖維的初始模量較高，因此在承受外力負(fù)荷時(shí)不易發(fā)生變形。金路絲韌性非常好，不容易拉斷，可以承受很大外力負(fù)荷及拉伸應(yīng)變。其彈性好，在承受碾壓、彎曲和剪切變形時(shí)均有很好的彈性回復(fù)，當(dāng)承受瞬間外力后纖維伸長3％時(shí)，幾乎可以完全回復(fù)。 采集者退散
2.2 金路絲瀝青混凝土路用性能影響
在瀝青混凝土中加入纖維，由于纖維的吸附作用和微觀加筋作用使瀝青之間的粘滯力增加，延緩了瀝青從礦料表面剝離的速度，因此抵抗水侵蝕的能力增加。瀝青混合料對(duì)水的穩(wěn)定性是通過最佳油石比條件下浸水馬歇爾試驗(yàn)的殘留穩(wěn)定度值和凍融劈裂試驗(yàn)的劈裂強(qiáng)度比來評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，添加了金路絲的瀝青混凝土殘留穩(wěn)定性增加了2.8％，劈裂強(qiáng)度增加了16.45％。對(duì)瀝青混凝土進(jìn)行最佳油石比下的車轍試驗(yàn)，測(cè)得的動(dòng)穩(wěn)定度能夠很好的反映瀝青路面的耐高溫性能。動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)是溫度在60~C、輪壓在0.7MPa的條件下進(jìn)行的，表4反映了瀝青混凝土變形lmm所需要的車輪作用次數(shù)，次數(shù)越多則材料的抗車轍能力越強(qiáng)，顯然，添加纖維的瀝青混凝土車輪作用次數(shù)增加了39.9％。
由于拉伸強(qiáng)度、初始模量、斷裂伸長率均高，檢驗(yàn)瀝青？昆合料的低溫抗裂性能采用一IO℃條件下小梁彎曲試驗(yàn)。在彎曲試驗(yàn)中，材料可以承受的破壞應(yīng)力越大說明低溫抗裂性能越好，從表4可見，添加纖維后的瀝青混凝土低溫抗裂能力增強(qiáng)了186.2％。
瀝青路面的抗疲勞性能是采用20~C條件下小梁試件重復(fù)彎曲直至破壞的疲勞壽命。循環(huán)疲勞次數(shù)越高，說明瀝青混凝土的抗疲勞性能越好。從表4可知，加入纖維的瀝青混凝土的抗疲工農(nóng)聯(lián)盟性能增加了61.5％。
綜上所述，添加金路絲對(duì)瀝青混凝土路面使用質(zhì)量和耐久質(zhì)量的確起到了明顯的作用。
3、結(jié)論
聚酯纖維是較適宜的纖維瀝青混凝土增強(qiáng)材料，纖維瀝青混凝土提高了瀝青路面的高溫抗車轍能力、低溫抗裂性能、抗疲勞性能及水穩(wěn)定性能。聚酯纖維金路絲具有很好的路用性能，添加0.3％金路絲與不加纖維的瀝青混凝土比較，水穩(wěn)定性的殘留穩(wěn)定性和劈裂強(qiáng)度比、高溫穩(wěn)定性的動(dòng)穩(wěn)定度及低溫抗裂性能的破壞應(yīng)變等都得到了明顯的提高。聚酯纖維今后在瀝青混凝土中的應(yīng)用前景廣闊。
