聚酯纤维改性沥青混合料试验及应用研究

聚酯纤维改性沥青混合料试验及应用研究

赵兴祥

中建安装集团有限公司,江苏 南京 210000

摘要：沥青作为道路建设的传统材料，由于其易于施工和经济性，一直是道路建设的主要选择。然而，随着交通量的增加和车辆重量的提升，传统沥青材料面临着高温稳定性不足、低温裂缝和老化等问题。近年来，改性沥青的研究和应用日益受到关注，尤其是聚酯纤维改性沥青。聚酯纤维因其独特的物理和化学特性，被认为是提升沥青性能的有效材料。本文致力于探讨聚酯纤维改性沥青混合料的性能特点及其在道路建设和维护中的实际应用，旨在为提高道路材料的性能和延长道路使用寿命提供新的解决方案。

关键词：聚酯纤维；改性沥青；混合料；试验；应用途径

引言：

聚酯纤维作为改性剂在改性沥青中的引入，是基于提升沥青混合料性能的需求。制备聚酯纤维改性沥青时，选择合适的聚酯纤维和基础沥青至关重要。聚酯纤维应具备高强度、良好的耐热性和抗化学腐蚀性，以确保改性沥青混合料的性能优化。基础沥青的选择则依赖于其粘度、软化点和渗透度，以保证混合料的稳定性和适应性。

一、聚酯纤维改性沥青的发展历程

（一）早期沥青的使用和局限性

沥青作在早期道路建设中的使用历史悠久。起初，沥青因其优异的粘合性和防水特性而被广泛应用于路面铺设。随着现代交通条件的发展和车辆重量的增加，沥青的若干局限性逐渐显现，对其应用范围和效果构成了显著制约。高温条件下，沥青会变软，导致路面出现车辙和流动现象，尤其是在炎热地区和高交通负荷的情况下尤为明显，而寒冷环境下，沥青会变得脆硬，容易产生裂缝，影响道路的平整性和安全性，还可能随着温度变化和车辆荷载的作用逐渐扩大，增加道路维护的难度和成本。此外，若长期暴露在紫外线和氧化环境下，沥青会逐渐硬化和脆化，进而影响其性能和使用寿命，这一问题尤其在高交通密度和强紫外线照射的地区更为突出。

（二）聚酯纤维的初步应用

聚酯纤维的发展历程始于20世纪初，标志着高分子化学领域的一项重大突破。其研发起源于对更高效、更经济的合成纤维材料的需求，旨在替代或补充传统的天然纤维，如棉和羊毛。1941年，英国科学家首次成功合成了聚酯纤维，开启了这一材料的工业化生产时代。此后，聚酯纤维以其独特的化学稳定性、优异的强度和延展性、良好的耐热性以及抗皱和易于维护的特点，在纺织行业迅速获得广泛应用。20世纪50年代至70年代，聚酯纤维的生产技术得到了显著的提升，生产效率和产品质量均有显著提高。这一时期，聚酯纤维不仅在服装制造中占据了重要地位，还开始被用于家用纺织品、工业滤材、非织造布等领域。聚酯纤维的多功能性和适应性使其成为高性能合成纤维的代表之一。进入20世纪80年代，随着对环境问题的日益关注，聚酯纤维的生产工艺也开始向更环保、更可持续的方向发展。回收聚酯和生物基聚酯的研究和开发成为新的热点，这些新型聚酯纤维旨在降低对石油资源的依赖，减少环境污染。21世纪初，随着科技的进步和市场需求的多样化，聚酯纤维在功能性和专业性方面得到了进一步的发展。例如，微纤维聚酯、生物降解聚酯以及具有特殊功能（如抗紫外线、抗菌）的聚酯纤维相继问世，拓宽了其应用范围，包括在运动服装、医疗保健、汽车内饰等高要求领域的应用。

二、聚酯纤维改性沥青的性能特点

（一）对物理和化学性质的影响

聚酯纤维改性沥青的研究表明，聚酯纤维的加入对沥青的物理和化学性质产生了显著影响。物理性质方面，聚酯纤维的加入显著提高了改性沥青的粘弹性，这是由于聚酯纤维在沥青基质中形成了有效的增强网络，提升改性沥青的高温稳定性，减少在高温条件下的车辙和流动现象[1]。同时，聚酯纤维还增强了沥青的抗拉强度和延展性，缓解由温度变化引起的裂缝。研究表明，聚酯纤维能够抑制沥青中的氧化反应，减缓老化过程，主要是由于聚酯纤维中特定的化学基团能够与沥青中的自由基反应，避免沥青分子的断裂和重组，维持了沥青的化学稳定性。此外，聚酯纤维的加入还能改善沥青的抗紫外线性能，进一步延长其使用寿命。

（二）与其他类型改性沥青的比较

改性沥青的其他常见类型包括橡胶改性沥青、SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯）改性沥青等，聚酯纤维改性沥青在多个性能方面与这些类型存在显著差异。高温稳定性方面，聚酯纤维改性沥青通常表现出更优异的性能，相比之下，虽然SBS改性沥青也显示出良好的高温性能，但在极端高温条件下，聚酯纤维改性沥青的性能更为突出。低温性能方面，聚酯纤维改性沥青同样表现出较好的抗裂性和延展性，但橡胶改性沥青在低温下容易变得脆硬。此外，在环境适应性方面，聚酯纤维改性沥青也表现出较好的抗水损伤能力和抗紫外线性能，虽然SBS改性沥青同样具有良好的环境适应性，但聚酯纤维改性沥青在抗紫外线性能方面表现更佳。

三、聚酯纤维改性沥青的应用

（一）道路建设

聚酯纤维改性沥青在重载交通道路铺设中发挥着重要作用。由于其卓越的高温稳定性和增强的承载能力，适用于承受重型车辆和高交通量的高速公路和城市主干道。其能有效减少在高温条件下的车辙形成，保持道路结构的完整性和平整性，延长道路的使用寿命并减少维护需求。城市环境中，道路经常面临频繁的车辆启停和转向压力，普通沥青材料容易出现裂纹和破损，聚酯纤维改性沥青由于其优越的抗裂性和耐久性，能够有效应对，减少道路损坏和维修频率

[2]。此外，聚酯纤维改性沥青在环境适应性方面的表现也非常优异，适用于多雨或潮湿地区的道路建设，改性沥青能够有效阻止水分侵入道路结构，减少水损伤，延长道路的使用寿命。

（二）道路维护

道路维护方面，应对极端天气事件的道路恢复工作中，聚酯纤维改性沥青显示出了较传统沥青更快的修复能力。例如，在洪水或暴雨后，传统沥青路面常常受到严重破坏，而聚酯纤维改性沥青由于其良好的水损伤抵抗力，能够更有效地抵御这类天气造成的损害，减少修复所需的时间和成本。在城市的噪音管理方面，聚酯纤维改性沥青在降低道路交通噪音方面表现出了独特的效果，改性沥青由于其特殊的结构和材料特性，能够吸收和减少车辆行驶产生的噪音，改善城市环境的噪音污染问题，对于居住区附近的道路或需要特别考虑噪音控制的区域尤为重要。此外，聚酯纤维改性沥青在提升道路的环境可持续性方面也发挥了重要作用。由于其更长的使用寿命和减少的维护需求，聚酯纤维改性沥青有助于减少道路建设和维护过程中的碳排放，提升了道路材料的环境友好性，也符合当前对可持续发展和环保的全球趋势[3]。

（三）城市热岛效应缓解

城市热岛效应是指城市区域相比周边郊区具有更高的温度，这一现象主要由城市建筑和道路等人造表面的热吸收和热辐射所致。聚酯纤维改性沥青的表面能够反射更多的太阳光线，减少吸收的热量，降低道路表面的温度，进而对周围环境的温度产生积极影响。聚酯纤维改性沥青的热传导率较低，意味着在传递热量方面不如传统沥青材料那么高效，这一特性减少了从道路表面到周围环境的热量传输，对于降低城市温度有着重要作用。此外，聚酯纤维改性沥青在城市规划中的应用也有助于缓解热岛效应。城市规划者可以利用这种材料在新建道路或翻新现有道路时，减少城市热吸收量并提升城市环境的整体舒适度。特别是在城市绿化带、公园周边及住宅区的道路建设中，选用聚酯纤维改性沥青可以有效减少这些区域的热岛效应。聚酯纤维改性沥青的使用还与城市的可持续发展密切相关，通过减少热岛效应，可以降低城市空调等冷却设备的使用，减少能源消耗和温室气体排放，对于实现城市的环境可持续性和应对全球气候变化具有重要意义。

四、聚酯纤维改性沥青混合料水稳定性试验

进行SMA-13沥青混合料的实验研究时，使用了SBS(I-D)改性沥青、矿粉、不同粒径的石屑和碎石以及6mm聚酯纤维作为原材料。实验的第一步是确定最适合的沥青用量，通过马歇尔试验确定了6.4%为最佳油石比。随后，实验探索了在SMA-13沥青混合料中加入不同比例（0.1%、0.25%、0.4%）的聚酯纤维，以优化混合料的配比设计。在混合过程中，特别注意拌和质量的控制。最终，通过性能测试评估了不同聚酯纤维含量对沥青混合料性能的具体影响，并通过数据分析来揭示这些变化。沥青混合料的水稳定性是其在道路应用中的核心性能指标，主要衡量的是材料抵抗水侵蚀的能力。公路建设中沥青路面常面临的水侵蚀包括细小的毛细水和由车辆运动产生的冲击水，可破坏沥青混合料表面的沥青膜，导致其剥离，削弱了混合料的粘合性，最终影响道路的质量和寿命。为了深入了解不同比例的聚酯纤维加入对沥青混合料水稳定性的具体效果，采取马歇尔试验进行评估。该试验的结果在表1中展示。从表1的数据分析可以看出，向沥青混合料中加入聚酯纤维能够有效提升整体的水稳定性。当聚酯纤维的掺入比例在0.1%至0.4%的范围内时，稳定性参数随着纤维含量的增加而提升，但到达某一点后随着纤维含量的进一步增加又开始降低。具体来说，当聚酯纤维的掺入量为0.25%时，沥青混合料的水稳定性能达到最优，表现在最高的马歇尔稳定度和浸水稳定度。这表明适当量的聚酯纤维能显著改善沥青混合料的水稳定性，而0.25%是这种改善效果的最佳掺入比例。

表1不同聚醋纤维掺入量沥青混合料的水稳定性能试验数据

结语：

综上所述，相比传统沥青，聚酯纤维改性沥青在高温稳定性、低温抗裂性和耐久性方面具有显著优势。其在重载交通道路、寒冷地区的应用，以及在缓解城市热岛效应方面的潜在贡献，表明了聚酯纤维改性材料在现代道路建设中的重要性。随着技术的进一步发展，聚酯纤维改性沥青有望在更广泛的应用场景中发挥作用，为实现更加持久和可持续的道路建设目标提供强支撑。因此，继续深化对聚酯纤维改性沥青的研究，将对优化道路材料和工程实践具有长远的重要意义。

参考文献：

[1]胡传涛.玄武岩纤维和聚酯纤维对sup-20改性沥青混合料路用性能分析[J].四川水泥,2021(10):289-290.

[2]王修山,周恒宇,沈森杰等.纤维增强聚合物改性沥青混合料路用性能研究[J].公路,2021,66(06):54-59.

[3]王帅.玄武岩纤维改性沥青混合料的试验[J].砖瓦,2020(12):223-224.