沥青作为主要的道路材料之一，由于其良好的粘结性能和防水性能，被越来越广泛地应用于公路和机场等道路表面铺装。但未经改性的基质沥青高温易流淌，低温易脆裂，温度敏感性强，已经日渐无法满足道路建设向着高等级和多功能方向发展的需求。因此，如何改善沥青的使用性能、延长路面的使用寿命、提高路面的使用品质已经成为一个亟待解决的问题。
近年来，随着我国公路建设的大力发展，路用纤维改性沥青的研究在国内也得到了进一步的重视。但纤维种类繁多，性能各异，对沥青的改性效果也各不相同。本文用聚丙烯纤维聚脂纤维、纤维素纤维和造纸污泥纤维分别以不同的添加比例对沥青进行了改性，对改性后的沥青进行了三大指标试验和动态流变剪切（DSR）试验，讨论了不同纤维的最佳掺量及其对沥青性能的影响。
试验 原材料。本文选用SK90#基质沥青；纤维选用聚丙烯纤维、聚酯纤维、纤维素纤维和造纸污泥纤维。
改性沥青样品的制备。每份样品准备300g基质沥青，先将基质沥青置于160℃的烘箱中融化，然后分别将掺量为1%、2%、3%、4%和5%的纤维添加到基质沥青中。将沥青和纤维混合2~3min后放入烘箱中加热至170~180℃，置于容量为1.5L的机械搅拌器中搅拌，搅拌器转速设置为1550r/min，搅拌时间为30min，搅拌过程中要持续加热。将制备好的改性沥青试样按相关标准进行针入度实验、软化点试验、延度试验和动态流变剪切（DSR）试验。
纤维对沥青常规性能的影响
纤维对沥青三大指标的影响。软化点可以反映沥青的热稳定性，也是沥青黏度的一种度量。软化点的提高可以改善沥青路面的抗车辙、抗疲劳性能和温度敏感性。
从纤维改性沥青的软化点试验结果可以看出，在基质沥青中添加纤维后，4种纤维改性沥青的软化点与基质沥青相比普遍有所提高。当纤维掺量为1%～4%时，改性沥青的软化点持续升高，这是由于纤维表面有着微小的孔洞和微裂纹，可以吸收沥青中的轻油分，这样相当于沥青中的沥青质含量相对提高；另一方面，纤维在沥青基体内形成了纵横交错的空间网络结构，从而使沥青的软化点升高。当纤维掺量超过4%以后，软化点的升高幅度趋于平缓，甚至有所下降，这是由于当纤维掺量超过4%以后，纤维的区域网络结构相互接触从而逐渐形成连续的网络结构，整个体系的性能主要由纤维决定，而且纤维中吸附的轻油分也趋于饱和。4种纤维中纤维素纤维改性后的沥青软化点明显高于其它3种，这是由于纤素纤维的长度和直径均相对较小，因此在沥青中的分散性较好，更容易形成连续的网络结构。
沥青的针入度反映了沥青的流变性能。从几种纤维改性沥青的针入度试验结果可以看出，在基质沥青中加入纤维后，沥青的针入度明显降低。这表明纤维的加入可以提高沥青的黏度，降低沥青的流动性。在纤维改性剂的掺量为1%～4%时，改性沥青的针入度随着掺量的增加快速下降。当纤维的掺量超过4%以后，针入度曲线趋于平缓。产生此规律的原因与软化点类似，也是由于纤维的连续网络结构的形成。
从纤维改性沥青的延度试验结果可以看出，在基质沥青中加入纤维后，延度有不同程度的降低，并且纤维的掺量越大，延度降低越明显。这是因为纤维并不像橡胶类改性剂一样可以部分溶解于沥青，但能吸收部分油分，从而使沥青的塑性流动作用减少，延度降低。随着纤维掺量的增大，吸收的油分也增多，延度就随之减小。从流变学角度分析认为，延度的降低对沥青的流变性能有不利影响，但林贤福等研究表明，高分子改性沥青在低温（小于5℃）时优于未改性沥青，而纤维的低温柔性比其它高分子材料更好，并具有三维加筋作用，从而使沥青的低温稳定性得到改善。
纤维对沥青温度敏感性的影响。沥青类材料属于粘弹性材料，其使用性能会随着温度的变化发生改变。而沥青对于温度的敏感程度，则反映了沥青的温度稳定性。针入度指数是一个反映沥青温度敏感性的指标，也是决定沥青使用时工作性以及应用于路面中的服务性的重要指标。
从几种纤维改性沥青的针入度指数计算结果看出，将不同的纤维加入沥青之后，沥青的温度敏感性均有较为明显的改善。随着纤维掺量的增加，改性沥青的针入度指数随之升高；当纤维掺量超过一定值后（纤维素纤维、造纸污泥纤维、聚酯纤维和聚丙烯纤维分别为2%、3%、4%和4%），改性沥青的针入度指数曲线趋于平缓甚至下降。这是由于纤维对沥青中轻质油分的吸收以及纤维网状结构的形成改善了沥青的高低温性能，所以沥青的温度敏感性减小。但是由于沥青基体与纤维之间的界面会产生附加应力，所以当纤维掺量继续增大时，针入度指数趋于平稳甚至降低。从几种纤维改性沥青的针入度指数计算结果还可以看出，纤维素纤维改性的沥青温度敏感性最小，聚丙烯纤维改性沥青的温度敏感性最大，结合SK90#基质沥青分析认为，纤维素纤维、造纸污泥纤维和聚酯纤维的熔点较高，在拌合铺路过程中（180℃左右）仍然可以保持原来的性质；而聚丙烯纤维的熔点为190℃，与拌合铺路温度较为接近，因此其高温稳定性与其它3种纤维相比较差；而这几种纤维的低温脆化温度均为-40℃左右，低温下柔性较好，有一定的断裂延伸率，可以较好地改善沥青的低温抗性能。
纤维对沥青高温流变性能的影响
PG分级。Superpave沥青混合料规范根据路面性能的要求，采用PG温度的分级对沥青性能进行了划分。该评价方法采用改变温度而固定规定值进行试验的作法，从而保证了使用标准的一致性。故本文采用PG温度对纤维改性沥青的高温性能改性效果进行研究。
从几种纤维改性沥青的DSR试验PG温度结果可以看出，纤维的加入提高了沥青的PG温度，这表明纤维改性沥青可以满足更高的使用环境温度。其中纤维素纤维的掺量为2%时，PG温度为78℃，这表明掺量为2%的纤维素纤维改性沥青具有78℃路面温度下的抗车辙能力，远大于夏季路面最高温度。通过与前面三大指标和针入度指数的试验结果对比分析，可以认为2%对纤维素纤维来说是一个较好的添加比例，因为更高的掺量对沥青性能的影响不是非常显著，却会使成本增加，而且纤维的掺量过高时会导致整个体系的脆性增大，在沥青混合料的拌合过程中易产生空穴，从而损害路面性能。用同样的思路对其它3种纤维进行分析，认为造纸污泥纤维、聚酯纤维和聚丙烯纤维改性沥青的较合适掺量分别为3%、4%和4%。并且此3种纤维在其最佳掺量下的PG温度分别为72.6℃、77.3℃和76.5℃，均远大于夏季路面最高温度。
DSR试验。在沥青材料的动态流变剪切（DSR）试验中，可以测试材料的复数剪切模量G*和相位角δ，G*/sinδ定义为车辙因子。车辙因子是表征沥青结合料抗车辙能力的指标。车辙因子越大，表明沥青的弹性变形越大，其结合料的高温抗车辙能力越强。本文采用车辙因子对几种纤维改性沥青在其最佳掺量下的抗车辙性能进行研究分析。为了使结果更直观明了，测试了SBS改性沥青的车辙因子作为对比。
从测试结果可以看出，几种纤维改性沥青的车辙因子均随着温度的升高而变小，这主要是因为随着温度的升高，改性沥青的粘弹性成分发生了相应的变化，即沥青中饱和酚与芳香酚等组分的粘性增加，弹性相应减小。
现行的Superpave沥青混合料规范中，要求沥青的车辙因子不小于1.0kPa。而所测的几种改性沥青中，纤维素纤维、聚酯纤维和聚丙烯纤维改性沥青在76℃下的车辙因子均满足要求，而造纸污泥纤维在76℃下的车辙因子不足1.0kPa，因此不能在该温度下使用，需降级使用。
由车辙因子对几种纤维改性沥青在其最佳掺量下的抗车辙性能进行研究分析结果还可以看出，4种纤维改性沥青的车辙因子在不同温度下均高于SBS改性沥青，这表明纤维改性沥青比SBS改性沥青具有更好的高温抗车辙性能，更适合在高温环境条件比较恶劣的地区使用。而4种纤维改性沥青的抗车辙性能由强到弱分别为纤维素纤维改性沥青、聚酯纤维改性沥青、聚丙烯纤维改性沥青和造纸污泥纤维改性沥青，因此在实际使用时可选用抗车辙性能较好的纤维素纤维改性沥青作为路面面层的结合料。
结语
（1）纤维的加入可以降低沥青的针入度，提高沥青的粘性与弹性；提高沥青的软化点，改善沥青路面的抗车辙、抗疲劳性能；降低沥青的延度，改善沥青的低温稳定性。
（2）纤维素纤维对改善沥青的温度敏感性效果最显著，而聚丙烯纤维效果较差。聚丙烯纤维改性沥青的高温性能与其它3种纤维相比较差；而这4种纤维均可以较好地改善沥青的低温性能。
（3）纤维素纤维、造纸污泥纤维、聚酯纤维和聚丙烯纤维改性沥青的较合适掺量分别为2%、3%、4%和4%，且它们在其最佳掺量下的PG温度分别为78.0℃、72.6℃、77.3℃和76.5℃，均远大于夏季路面最高温度。
（4）纤维改性沥青比SBS改性沥青具有更好的高温抗车辙性能，更适合用于高温环境条件比较恶劣的地区。4种纤维改性沥青的抗车辙性能由强到弱分别为纤维素纤维改性沥青、聚酯纤维改性沥青、聚丙烯纤维改性沥青和造纸污泥纤维改性沥青，因此在实际使用时可选用抗车辙性能较好的纤维素纤维改性沥青作为路面面层的结合料。
