随着交通量的迅速增加以及极端气候的频繁出现[1-2]，对沥青路面的使用性能提出了更高的要求，而沥青路面服役期内车辙、裂缝、水损坏等病害的出现[3-4]，则会严重影响路面耐久性[5]。为提升沥青混合料性能，研究人员在沥青中掺加聚合物[6]、高模量剂[7]、聚氨酯[8]、多聚磷酸[9] 等改性剂以改善沥青性能，或通过优化混合料的矿料级配[10]、改变混合料成型方式、提升混合料压实度[11]等方法提升混合料性能。而纤维因其良好的技术特性，掺入沥青混合料后既能抑制沥青路面裂缝、高温车辙、低温开裂以及水损坏，又能提升沥青路面的使用寿命[12-13]。目前沥青混合料中常用的纤维种类有矿物纤维、聚酯纤维、木质素纤维，其他类型纤维还有玻璃纤维、碳纤维和合成纤维等[14-15]，其中玄武岩矿物纤维由天然玄武岩石制成，因其生产周期短、无污染、能耗低而广泛用于沥青混合料中。但因不同类型纤维其性质有所差异，对混合料的沥青用量、力学性能、施工工艺等也有不同影响。

为此，本文以AC-20沥青混合料为研究对象，在分析不同类型纤维对AC-20沥青混合料性能影响规律的基础上，基于力学性能最优原则推荐了不 同类型纤维最佳掺量，并对比分析了不同纤维类型 对沥青混合料力学性能的影响，以供工程实践参考。

1.1.1沥青

采用双龙牌A级70#沥青，其基本指标见表1。

1.1.2集料

采用石灰岩碎石粗集料，粒径分为19mm~26.5mm、9.5mm~19mm、4.75mm~9.5mm和2.36mm~4.75mm四档，细集料和矿粉由石灰岩碎石加工制成。集料压碎值为21.1%，其他技术指标均满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)要求。

1.1.3纤维

采用玄武岩矿物纤维、木质素纤维和聚酯纤维，其技术指标均满足规定要求。

由图1(a)、(b)可知，不同级配类型的沥青混合料，随着矿物纤维掺量的不断增加，试件的稳定度和抗剪强度呈先升后降趋势，当掺量为0.3%时，稳定度和抗剪强度达到峰值。分析原因:当矿物纤维的掺量较低时，纤维可充分分散到沥青混合料中，使得纤维沥青混合料的均匀性较好，矿物纤维能有效吸附沥青，提高了混合料中结构沥青的比例，使沥青的粘滞性增加，从而能够充分发挥矿物纤维的稳定作用，因此随着矿物纤维掺量的增加，沥青混合料试件的稳定度和抗剪强度不断增加;当矿物纤维掺量达到0.3%时，矿物纤维在沥青混合料中的加筋和稳定作用呈现出最佳状态，使得此时的沥青混合料试件的稳定度和抗剪强度达到峰值。后随矿物纤维掺量的增加，沥青混合料拌和过程中出现结团、分布不均匀情况，致使沥青混合料中出现“强度弱点”，影响沥青混合料的高温性能，同时因纤维掺量的增加吸附了大量沥青，使得沥青用量增加，直接影响到沥青混合料的高温稳定性[16]。因此，矿物纤维掺量过大对沥青混合料的高温性能不利。

由图1(c)可知，不同级配类型的沥青混合料，当沥青混合料中掺加矿物纤维后，随着矿物纤维掺量的增加，沥青混合料试件的劈裂强度不断提升，但是当矿物纤维掺量大于0.3%后，试件的劈裂强度增长幅度变缓。主要因为沥青混合料中掺加矿物纤维后，大量的矿物纤维分散到混合料中形成纤维结构网，对混合料起到加筋作用，增大试件的极限抗拉强度，从而提高试件的劈裂强度。而当矿物纤维掺量超过最佳纤维掺量后，再增加矿物纤维的掺量，对混合料试件抗拉强度增强作用不明显，使得劈裂强度的增加幅度放缓。

综上分析，矿物纤维最佳掺量为0.3%。

由图2可知，掺加木质素纤维的沥青混合料与掺加矿物纤维的沥青混合料变化规律类似，即随着纤维掺量的增加，力学强度呈先升后降的趋势。当沥青混合料中掺加木质素纤维后，混合料的力学强度明显提高，且当木质素纤维掺量为0.4%或0.5%时，沥青混合料中各项力学性能表现较好，其中掺量为0.5%时，沥青混合料的马歇尔稳定度、抗剪强度以及劈裂强度分别较未掺加木质素纤维时提高了8%、8%、10%。图2表明，当木质素纤维掺量过少时，纤维所能吸附的沥青较少，沥青混合料中结构沥青含量较低，沥青混合料力学强度未达到最优状态，随着沥青混合料中木质素纤维的不断增加，其力学性能不断提升。但当沥青混合料中木质素纤维掺量过多后，虽然纤维吸附的沥青增多，而过多的自由沥青降低了沥青混合料中矿料的嵌挤力，反而不利于纤维在沥青混合料中的分散，从而不断降低沥青混合料的力学性能。

因此，综上分析，沥青混合料中木质素纤维的最佳掺量为0.5%。

由图3可知，掺加聚酯纤维的沥青混合料，其马歇尔稳定度、抗剪强度和劈裂强度都较不掺加纤维的沥青混合料均有所增加，这表明聚酯纤维的掺加有助于沥青混合料的力学性能提升。这是因为聚酯纤维的掺入增加了混合料中纤维沥青的用量，使得沥青混合料中结构沥青的比例增加，矿料表面的沥青膜厚度变厚，提升了矿料间的粘聚力，有助于提升沥青混合料的力学性能。同时，聚酯纤维在沥青混合料中也能起到加筋以及稳定作用，提升了沥青混合料的抗破坏能力，对提升沥青混合料的高温、低温性能有所帮助。

由图3还可知，掺加聚酯纤维的沥青混合料的力学强度，随着纤维掺量的增加不断增大，在纤维掺量为0.2%时出现峰值，而后随纤维掺量的增加，力学强度则呈现出下降趋势，这表明沥青混合料中也存在一个最佳聚酯纤维掺量值，其机理如掺入矿物纤维和木质素纤维相似，在此不作分析。

综合上述分析，沥青混合料中聚酯纤维的最佳掺量为0.2%。

由表4可知，虽然掺入不同类型的纤维均有助于沥青混合料力学性能的提升，但不同纤维类型，其力学性能的提升效果存在差异。其中矿物纤维和聚酯纤维的力学性能相较木质素纤维提升效果较好。试验结果表明，矿物纤维、木质素纤维和聚酯纤维沥青混合料的稳定度、抗剪强度和劈裂强度，相对于未掺加纤维的AC-20沥青混合料分别提升了7%、4%、5%，15%、8%、13%和14%、9%、12%。

分析差异原因:

1)矿物纤维自身的抗拉强度和弹性模量较高，其以三维网状形式分散到沥青中，在混合料中形成加筋作用，有效提升了混合料韧性以及强度，同时，纤维的掺加使得沥青膜厚增加，矿料间的粘结力增强，使得沥青混合料的力学性能提升[17];

2)聚酯纤维和沥青是高分子化合物，两者形成的复合材料有较强的界面结合力，由于聚酯纤维的单丝更细，单位质量下纤维根数更多，能较好地分散到沥青混合料中，因此沥青与纤维形成的纤维沥青胶浆空间网络结构对矿料的裹敷力更强。同时，纤维能吸附更多的沥青，使得沥青膜厚度变厚，纤维沥青胶浆的粘结性更好，且混合料高温拌和过程中，高温作用使得纤维变得卷曲融入到沥青中，对沥青胶体结构起到一定改善，增加了沥青混合料的整体性，矿料间的界面作用力增加，从而提升了沥青混合料的力学性能;

3)木质素纤维相对于上述2种纤维，虽能吸附大量沥青，对沥青混合料的韧性增加起到一定作用，对沥青混合料力学性能有一定提升作用。但因木质素纤维在混合料中分散性较差，其加筋作用不显著，致使其提升沥青混合料力学性能的能力较其他纤维沥青混合料差，表现为力学性能的提升幅度低于其他2种纤维沥青混合料。

1)通过研究纤维掺量对沥青混合料的稳定度、抗剪强度以及劈裂强度等力学性能的影响，结果表明:纤维沥青混合料中矿物纤维、木质素纤维和聚酯纤维的最佳掺量分别为0.3%、0.5%和0.2%。

2)对比分析了不同纤维类型对沥青混合料力学性能的影响，结果表明:矿物纤维对沥青混合料力学性能的提升较木质素纤维和聚酯纤维好。其中，矿物纤维、木质素纤维和聚酯纤维沥青混合料的稳定度、抗剪强度和疲劳强度相较未掺加纤维分别提升了7%、4%、5%，15%、8%、13%和14%、9%、12%。