玉米秸稈纖維改良瀝青混合料路用性能研究

李旺明

摘要：瀝青混合料在公路路面鋪設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，因此通過(guò)改良瀝青混合料的路用性能對(duì)于節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本、保證公路安全具有重要意義。文章通過(guò)車轍試驗(yàn)、馬歇爾試驗(yàn)、凍融強(qiáng)度試驗(yàn)等對(duì)玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的工程特性進(jìn)行了研究，探討了不摻纖維與摻玉米秸稈纖維瀝青混合料之間的差異，并獲得改良瀝青混合料中玉米秸稈纖維的最佳摻量，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了良好的借鑒。

關(guān)鍵詞：路面工程;玉米秸稈;纖維改良;瀝青混合料

0 引言

瀝青混合料在公路路面鋪設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，因此通過(guò)改良瀝青混合料的路用性能對(duì)節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本、保證公路安全具有重要意義。目前，瀝青混合料的改良手段主要是通過(guò)摻加植物纖維、化合物、外加劑等手段實(shí)現(xiàn)，但改良效果一直難以真正滿足工程需要[1-4]。

針對(duì)改良瀝青混合料的工程性能研究已經(jīng)比較常見(jiàn)。芮遨宇等[5]為提高瀝青混合料的性能，對(duì)復(fù)合改良瀝青混合料展開(kāi)了抗疲勞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)改良混合料的抗疲勞破壞能力較原材料有大幅度提升。王曉峰[6]對(duì)SEBS改性劑在瀝青中的使用進(jìn)行研究，從EBS改性瀝青膠漿的基本性能、離析程度、低溫性能以及粘結(jié)性能進(jìn)行研究，提出SEBS改性劑的使用能夠有效提高瀝青膠漿和瀝青混合料的工作性能，并且能夠有效延緩老化對(duì)瀝青膠漿和瀝青混合料的路用性能的影響，是一種性能良好的改性瀝青。張祥[7]針對(duì)電纜復(fù)合瀝青加熱路面的融雪效率展開(kāi)了研究，提出強(qiáng)度變化規(guī)律滿足：碳纖維發(fā)熱線復(fù)合瀝青混合料試件>鎳鉻合金電纜復(fù)合瀝青混合料試件>土工格柵電纜復(fù)合瀝青混合料試件。許丁斌[8]以陳化6個(gè)月的梅山鋼渣改良的瀝青混合料為研究對(duì)象，提出表面改性處理的方式能夠有效提高鋼渣在道路工程中的應(yīng)用性能，拓展鋼渣在道路領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

本文依托于安徽省某高等級(jí)公路建設(shè)工程，通過(guò)實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)考察，提出以本區(qū)域比較豐富的玉米秸稈為原材料，制備玉米秸稈纖維并研究玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的路用性能，旨在提高公路性能的同時(shí)降低工程建設(shè)成本。

1 研究背景與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 工程背景

本次試驗(yàn)研究主要依托某高等級(jí)公路建設(shè)工程，該公路屬于一級(jí)公路，區(qū)段總長(zhǎng)度近20 km，主要承擔(dān)地區(qū)小型家用轎車及低載卡車的運(yùn)輸工作。該公路處于安徽省南部，氣候溫暖濕潤(rùn)，農(nóng)作物以玉米及水稻為主，考慮到玉米秸稈纖維的力學(xué)性質(zhì)明顯優(yōu)于水稻秸稈，因此，結(jié)合經(jīng)濟(jì)成本因素，本次研究決定采用玉米秸稈纖維進(jìn)行公路路面瀝青混合料的改良。

1.2 材料制備

本次試驗(yàn)的研究對(duì)象為玉米纖維改良的瀝青混合料。采用機(jī)械破碎法從玉米秸稈中獲取纖維材料，之后進(jìn)行烘干與篩選，經(jīng)過(guò)室內(nèi)檢測(cè)得到玉米秸稈纖維如圖1所示，玉米秸稈纖維的基本物理參數(shù)如表1所示。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，改良瀝青混合料中植物纖維應(yīng)滿足平均長(zhǎng)度<6 mm、吸油率>5%且pH值處于6.5～8.5之間，由表1可知，本次試驗(yàn)所選取的玉米秸稈纖維能夠滿足上述要求。進(jìn)一步對(duì)玉米秸稈纖維進(jìn)行微觀電鏡掃描，由圖1可知，玉米纖維表面凹凸不平，且多處有細(xì)枝探出，粗糙度大。

采用70號(hào)A級(jí)瀝青制備混合料，礦料級(jí)配采用AC-16型級(jí)配范圍進(jìn)行取值，制備無(wú)纖維及含玉米秸稈纖維兩種試樣，油石比為5%。

1.3 試驗(yàn)方案

本次對(duì)于玉米纖維改良瀝青混合料工程性能試驗(yàn)主要包括兩個(gè)部分：玉米纖維最佳摻量試驗(yàn)與混合料路用性能試驗(yàn)。

試驗(yàn)的第一部分為確定玉米纖維改良瀝青混合料中玉米纖維的最佳配比，設(shè)計(jì)5個(gè)不同纖維摻量的瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，玉米秸稈纖維的摻量分別為0%、0.1%、0.2%、0.3%以及0.4%，從而可以獲得不同玉米秸稈纖維摻量的玉米瀝青纖維混合料的動(dòng)穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度比以及彎曲勁度模量，并基于上述試驗(yàn)結(jié)果分析得到玉米秸稈纖維的最佳摻量。

試驗(yàn)的第二部分的主要目的是研究玉米秸稈纖維改良的瀝青混合料的路用功能，其主要流程如下：

（1）基于車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度與相對(duì)變形量評(píng)價(jià)無(wú)纖維瀝青混合料與玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

（2）根據(jù)凍融劈裂試驗(yàn)與浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)無(wú)纖維瀝青混合料與玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1 最佳纖維摻量確定

由圖2可知，隨著玉米秸稈纖維摻量的逐漸增加，瀝青混合料的參數(shù)均呈現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)，且在玉米秸稈纖維摻量為0.2%時(shí)各參數(shù)均達(dá)到最大值。不摻玉米秸稈纖維的瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度為1 160 mm/次，殘留穩(wěn)定度為85.03%，劈裂強(qiáng)度比為83.95%，彎曲勁度模量為2.58 GPa。而當(dāng)玉米秸稈纖維摻量為0.2%時(shí)，上述4個(gè)參數(shù)分別相對(duì)提高18.36%、3.29%、3.57%及8.52%。由此可見(jiàn)，當(dāng)玉米秸稈纖維摻量為0.2%時(shí)，改良瀝青混合料的各項(xiàng)基本物理參數(shù)均達(dá)到最大值，因此0.2%為玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的最佳摻量。

2.2 耐高溫性研究

采用車轍試驗(yàn)得出的動(dòng)穩(wěn)定度及相對(duì)變形量對(duì)玉米秸稈纖維改良的瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2可知，不摻纖維的瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度為1 160 mm/次，摻0.2%玉米秸稈纖維后其動(dòng)穩(wěn)定度提升幅度達(dá)到18.36%，提升效果明顯，且變異系數(shù)更低。相對(duì)于無(wú)摻瀝青混合料，改良混合料的相對(duì)變形量較低，且下降幅度達(dá)到27.69%。由于玉米秸稈纖維會(huì)主動(dòng)導(dǎo)致自由瀝青分子的吸附，因此其結(jié)構(gòu)性瀝青更多，穩(wěn)定性更強(qiáng)。

2.3 水穩(wěn)性研究

由表3可知，不摻纖維的瀝青混合料與摻玉米秸稈纖維的瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度與劈裂強(qiáng)度比均能夠達(dá)到規(guī)范要求，但相較于不摻纖維的瀝青混合料，摻玉米秸稈纖維的瀝青混合料的浸水強(qiáng)度與殘留穩(wěn)定度要更高，同時(shí)其凍融強(qiáng)度也更高。分析認(rèn)為，由于玉米秸稈纖維提高了瀝青混合料內(nèi)部瀝青的結(jié)構(gòu)性，因此在水分滲入、流動(dòng)過(guò)程中，被水分帶走的瀝青料大幅度減少，因此整體水穩(wěn)性有著明顯的提高。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以不摻纖維瀝青混合料與摻玉米秸稈纖維瀝青混合料為研究對(duì)象，基于室內(nèi)試驗(yàn)深入分析探討了玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的路用性能。主要研究結(jié)果如下：

（1）玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的路用性能指標(biāo)參數(shù)隨玉米秸稈纖維摻量的逐漸增加均呈現(xiàn)出先上升后下降的變化趨勢(shì)。當(dāng)玉米秸稈纖維摻量為0.2%時(shí)，改良瀝青混合料的各項(xiàng)基本物理參數(shù)均達(dá)到最大值，因此0.2%為玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的最佳摻量。

（2）摻玉米秸稈纖維的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性強(qiáng)于不摻纖維的瀝青混合料。摻0.2%玉米秸稈纖維瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度相對(duì)提升18.36，相對(duì)變形量下降達(dá)到27.69%。

（3）相較于不摻纖維的瀝青混合料，摻玉米秸稈纖維的瀝青混合料的浸水強(qiáng)度與殘留穩(wěn)定度要更高，同時(shí)其凍融強(qiáng)度也更高。

參考文獻(xiàn)：

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