孙 镇 苏 洋 刘 杰 韩跃新

(1.沈阳有色金属研究院;2.东北大学资源与土木工程学院)

沥青作为公路、机场等路面建设的主要材料，其性能的改良长期被国内外相关学者所关注。通过纤维对沥青的改性可以提高沥青的稳定性和强度、延长沥青路面的使用寿命，所产生的经济效益非常显著。

目前已知的用作沥青改性剂的纤维材料主要是木质素纤维、矿物纤维、聚丙烯酸、TF聚酯纤维、金属晶须改性纤维、纳米改性纤维等。矿物纤维改性沥青因为具有良好的路面性能，且改性剂价格低廉，因而矿物纤维自成为路用沥青混合料之始就备受国内外相关研究人员关注，若其改性效果与聚合物相当，则将有望取代聚合物改性剂。因此，国内对矿物改性剂的研究方兴未艾。

1 国内外沥青混合料用纤维的技术现状

目前，纤维对沥青混合料的改性已有广泛应用，尤其在欧美等发达国家和地区［1-3］，对其进行的研究也较深入，已有多项专利产品面世。英国科特尔兹生产了一种叫德兰尼特的睛纶纤维，主要用于沥青混合料，在德国、法国、香港等国家和地区有应用。这种纤维含纤量较高，分散性较好，与沥青相互结合吸附效果好，其在沥青混合料中的作用是木质纤维的3倍多。美国杜邦公司研发的聚醋纤维能够提高沥青路面的低温抗裂性和抗压性，而且具有较好的稳定性及较高的耐久性。这种纤维已在美国多个地区应用。美国FORTA公司研发的福塔纤维能与热伴沥青基质相互结合，形成高结构化的三维空间网络，从而提高沥青路面的路用性能，其主要应用在收费公路和工业园工程中。我国对纤维沥青混合料的研究和应用均晚于国外。20世纪90年代，随着SMA路面的发展及各种纤维的出现，纤维对沥青路面的改性才得到国内相关研究人员的重视。该纤维的加入能提高矿粉的加入量、降低沥青混合料的孔隙率、提高SMA混合料的韧性和黏性，从而提升沥青混合料的路用性能［4-6］。

矿物纤维是一种无机纤维，从纤维状结构的矿物岩石中获得，主要来源为各类石棉，如温石棉、青石棉等。矿物纤维在混合料中具有良好的分散性、吸油性、抗老化性与耐热性，与沥青混合料相互拌合能提高沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性，增加动稳定性和抗车辙能力，矿物纤维与沥青混合料亲和性好，分散于混合料中与其相互结合，能够起到加筋作用，增强抗水损害能力，而且能增加其抗酸、抗碱及抗腐蚀等性能［7-9］。

2 纤维沥青混合料的性能特点

纤维与沥青混合料的突出物理特性体现在以下3方面［10］:其一，这种复合材料中的纤维和基体相互独立、又相互作用、相互影响，可以充分体现纤维与沥青的优点，增加韧性、黏性及弹性，同时也增强其稳定性。其二，在一定用量范围内，纤维的掺量与混合料的综合性能成线性关系，因此，可以通过调节复合材料中纤维的掺量来调节沥青混合料的路用综合性能，从而满足不同路面的使用要求。其三，沥青会随时间的推移出现老化和脆化，而纤维在复合材料中不会随时间出现老化脆化，因而纤维可对沥青的韧性进行补偿，从而提高复合材料的韧性。

3 矿物纤维在沥青混合料中的作用机理

(1)由于矿物纤维有较好的分散性，在混合料中以三维随机状态分布，能与骨料进行啮合从而形成相对较大的摩擦角，同时，在与沥青作用时，沥青胶浆的黏聚力也会将基体的拉应力加载到纤维上。纤维在沥青混合料中还起到一定的加筋作用，相当于钢筋混凝土中钢筋对混凝土的加强作用，能够承受一定程度的拉应力，并且加强了对混合料颗粒的握裹力，从而提高其综合路用性能［11］。

(2)矿物纤维分散到沥青中，在一定的温度下能够形成界面层。界面层可以理解为具有一定厚度的新的相，使沥青和纤维相互作用起来，二者相互传递应力，这对纤维沥青复合材料中的物理力学性能起到至关重要的作用。界面层结构的性质取决于矿物纤维的物理和化学性质。同时，在高温状态下，沥青与纤维相互作用可以形成结构较为稳定的沥青薄膜，这种薄膜具有较小的孔隙率，有利于阻碍沥青混合料的老化脆化，有效地延长了沥青混合料的使用寿命［12-14］。

(3)矿物纤维能够在沥青机体内形成三维空间网络。这种空间网络是纤维和沥青相互作用形成的，亦可叫做结构沥青网。由于纤维和沥青的相互吸附作用，减少了自由沥青的数量，使沥青胶浆的黏性增大，提高了沥青混合料的稳定性及其韧性。沥青膜在温度较高的情况下会受热膨胀，其中的结构沥青网会起到一定的缓冲作用，同时会提高沥青的软化点，减轻其泛油程度，对提高沥青混合料的稳定性作用显著。

(4)沥青路面在一定强度或低温作用下会产生小裂痕，矿物纤维与沥青形成的纤维网在混合料中具有维持体系整体性的特点，使其减轻或者阻止基体损害的程度［15］。

4 结论与展望

(1)矿物纤维与沥青能够形成复合型材料，在混合料中起加筋作用并提高其稳定度。

(2)矿物纤维在混合料中具有良好的分散性，与沥青相互作用后，对提高沥青的粘度和抗高温变形能力作用显著;同时，纤维与骨料结合可以增加沥青混合料的最大弯曲应变及低温抗裂性能。

(3)纤维与沥青形成的界面层，通过二者的相互吸附，传接应力，从而增强混合料的稳定性;同时，具有较小孔隙率的沥青薄膜有利于阻碍混合料的老化、脆化，从而有效地延长沥青路面的使用寿命。

(4)矿物纤维与沥青基体形成的空间网络能够减少自由沥青的数量，提高沥青的软化点，减轻其泛油程度，增强沥青混合料的路用性能;同时，矿物纤维良好的变形能力及较高的模量值，能防止沥青混合料在低温下的断裂及松散，加强其韧性，提高其在低温下的抗裂性。

(5)矿物纤维增强沥青混凝土在路面建设方面有着广阔的发展前景，是我国公路建设及发展的必然趋势。矿物纤维增强沥青混凝土的应用，不仅能减少道路交通建设成本、带来巨大的经济效益，而且能带来显著的社会效益。

(6)目前沥青路面中的矿物纤维主要为玄武岩纤维，玄武岩纤维在沥青改性方面虽然表现出了很好的效果和性价比，但开发更低成本的能增强沥青混合料综合路用性能的矿渣纤维等矿物纤维很有必要。

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