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中空聚酯纤维沥青混合料性能试验研究：路用性能优化与机理分析

一、引言

（一）研究背景与意义

随着交通行业的蓬勃发展，公路交通荷载不断攀升，这对沥青路面的性能提出了更高要求。在实际使用中，沥青路面面临着严峻的挑战，早期病害问题愈发突出，如车辙、开裂、水损害等现象频繁出现。车辙的产生不仅影响路面的平整度，还会导致车辆行驶时出现颠簸、跑偏等问题，增加了行车的不安全性；开裂问题则会使路面的承载能力下降，加速路面的损坏；水损害更是会侵蚀路面结构，降低沥青与集料之间的粘结力，进一步缩短路面的使用寿命。据统计，在一些交通繁忙的路段，路面病害的发生率逐年上升，维修成本也随之大幅增加，这不仅给交通运营带来了不便，也造成了巨大的经济损失。

为了解决这些问题，通过材料改性来提升沥青混合料的性能成为了研究的重点方向。中空聚酯纤维作为一种新型外加剂，因其独特的空心结构，在改善沥青混合料性能方面展现出了巨大的潜力。这种空心结构使得中空聚酯纤维能够与沥青和集料更好地结合，增强沥青与集料的黏附性。当沥青混合料受到外力作用时，中空聚酯纤维能够分散应力，阻止裂缝的扩展，从而有效改善混合料的抗水损、抗疲劳及高温稳定性。

研究中空聚酯纤维对沥青混合料性能的影响具有多方面的重要意义。从延长路面使用寿命的角度来看，性能优良的沥青混合料可以承受更大的交通荷载和更恶劣的环境条件，减少路面病害的发生，从而延长路面的使用寿命，降低道路的维修和更换频率，节约大量的资源和资金。从优化工程应用的角度来说，明确中空聚酯纤维在沥青混合料中的最佳应用方式和掺量，能够为工程设计提供科学依据，使工程建设更加合理、高效，提高工程质量，推动交通行业的可持续发展。

（二）研究目标与内容

本研究聚焦于中空聚酯纤维在沥青混合料中的应用，旨在深入探究不同掺量的中空聚酯纤维对沥青混合料性能的影响。具体而言，研究目标包括明确不同掺量的中空聚酯纤维对沥青混合料物理性能的影响，如骨料配合比、压实度、稳定度等指标的变化情况；分析其对路用性能的作用，涵盖高温稳定性、低温抗裂性、抗水损害性、抗疲劳性能等关键性能的改变；揭示对混合料微观结构的影响规律，探究中空聚酯纤维在微观层面如何与沥青和集料相互作用，进而影响整体性能。

为实现上述目标，研究内容主要涵盖以下几个方面：首先，精心制备不同掺量中空聚酯纤维的纤维沥青混合料，确保试验样本的准确性和代表性。在制备过程中，严格控制原材料的质量和配比，采用科学的搅拌和成型工艺，以保证混合料的均匀性和稳定性。其次，对制备好的混合料进行全面的物理性能测试，运用专业的试验设备和方法，精确测量骨料配合比、压实度、稳定度、间接抗拉强度、剪切强度等物理参数，为后续分析提供数据支持。再者，开展动态稳定性和抗疲劳性能测试，模拟实际道路使用条件，通过加载不同的荷载和频率，测试混合料在不同工况下的性能表现，建立全面、科学的混合料性能评价体系。最后，深入分析中空聚酯纤维掺量对混合料性能的影响，运用数据分析和统计方法，找出性能指标与掺量之间的关系，确定最佳掺量，并从微观和宏观层面揭示其增强机理，为工程设计提供坚实的理论依据。

二、材料与试验方法

（一）原材料与配比设计

原材料性能：本研究选用90号重交通石油沥青，这种沥青在高温时具有良好的粘度，能有效抵抗车辆荷载作用下的变形；在低温时又具备较好的延伸性，可降低路面出现裂缝的风险。同时，它的抗老化性能较强，能够适应不同的气候条件和交通环境，保障道路的长期使用性能。

粗集料、细集料和矿粉均采用石灰岩集料。石灰岩集料具有较高的强度和耐磨性，能为沥青混合料提供稳定的骨架结构。其与沥青的粘附性较好，有助于提高沥青混合料的整体性能。粗集料的粒径、形状和级配等指标对沥青混合料的强度、稳定性和耐久性有着重要影响。细集料则填充在粗集料的空隙中，使混合料更加密实。矿粉作为沥青混合料中的重要组成部分，能够与沥青形成沥青胶浆，增强混合料的粘结力和稳定性。

中空聚酯纤维的长度设定为6mm，采用10孔结构。这种结构设计使其具有较大的比表面积，能更好地与沥青和集料相互作用。通过设置混合料质量0‰、3‰、5‰、7‰、9‰的梯度掺量，全面探究不同掺量下中空聚酯纤维对沥青混合料性能的影响。经检测，上述各材料的指标均严格满足相关规范要求，为后续试验的准确性和可靠性奠定了坚实基础。

配合比设计：采用马歇尔试验来确定不同纤维掺量下的最佳油石比。在试验过程中，对试件在规定的温度和湿度等条件下进行标准击实，精准测定沥青混合料的稳定度和流值等关键指标。随后，通过一系列精确计算，分别绘制出油石比与稳定度、流值、密度、空隙率、饱和度的关系曲线。依据这些曲线，综合分析纤维对骨料级配的调整作用，以及对沥青裹附性的改善效果。例如，在低纤维掺量下，可能会发现沥青对骨料的裹附性有所增强，但骨料级配的优化效果