顆粒狀與絮狀木質(zhì)素纖維對SMA瀝青混合料的性能影響研究

王旭龍，唐永濤

(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031；2.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川成都 610051 ))

隨著SMA瀝青混合料設(shè)計的逐漸成熟，將纖維加入SMA混合料中以防止其離析、增加抗疲勞性能、改善高溫穩(wěn)定性、增強抗水損害能力等，已是常見的做法。木質(zhì)素纖維是目前道路工程中最常用的纖維，有顆粒狀和絮狀兩種。絮狀木質(zhì)素纖維外觀呈松散狀，有易吸潮、易成團(tuán)、不宜長時間堆放、拌和時分散不均等缺點。顆粒狀木質(zhì)素纖維是在絮狀纖維基礎(chǔ)上，采用造粒劑形成顆粒狀態(tài)，優(yōu)點是不怕受潮，易實現(xiàn)機械化。

1 纖維的物理性能

本研究采用德國某公司生產(chǎn)的顆粒狀木質(zhì)素纖維和絮狀木質(zhì)素纖維(圖1、圖2)。

圖1 顆粒狀木質(zhì)素纖維

圖2 絮狀木質(zhì)素纖維

按照J(rèn)TG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》對本試驗的木質(zhì)素纖維的物理指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)試驗。試驗結(jié)果見表1。

表1 纖維技術(shù)指標(biāo)

2 瀝青混合料配合比設(shè)計

2.1 原材料

本試驗瀝青采用殼牌SBS(I-D)改性瀝青。按照J(rèn)TG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》試驗方法進(jìn)行相關(guān)試驗，試驗結(jié)果見表2。各項指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

表2 SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果

粗集料選用規(guī)格為4～6 mm，6～11 mm，11～16 mm的玄武巖，按照J(rèn)TG E42-2005《公路工程集料試驗規(guī)程》試驗方法進(jìn)行相關(guān)試驗，試驗結(jié)果見表3，各項指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

表3 粗集料技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果

細(xì)集料采用規(guī)格為0～4 mm的玄武巖機制砂，礦粉則由石灰石研磨而成，其技術(shù)性能指標(biāo)試驗結(jié)果分別見表4、表5。各項指標(biāo)均符合規(guī)范要求。

表4 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果

表5 礦粉技術(shù)指標(biāo)試驗結(jié)果

2.2 最佳油石比的確定

為了更好地研究兩種纖維對SMA-13瀝青混合料性能的影響，將級配保持一致。礦料合成級配曲線見圖3。

圖3 SMA-13合成級配曲線

在滿足相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程經(jīng)驗，確定兩種纖維在瀝青混合料中的最佳摻量。顆粒狀木質(zhì)素纖維的摻量為0.4 %，絮狀木質(zhì)素纖維的摻量為0.3 %。馬歇爾試驗結(jié)果見表6。

表6 兩種纖維瀝青混合料的馬歇爾試驗結(jié)果

綜合表6試驗結(jié)果，摻加顆粒木質(zhì)素纖維的瀝青混合料油石比選用5.9 %，摻加絮狀木質(zhì)素纖維的瀝青混合料油石比選用6.1 %。

3 兩種纖維對SMA-13瀝青混合料路用性能的影響

3.1 高溫穩(wěn)定性

采用車轍試驗的動穩(wěn)定度指標(biāo)來評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，對SMA-13瀝青混合料在不同纖維摻量對應(yīng)的最佳油石比下進(jìn)行高溫車轍試驗。試驗溫度為60 ℃，輪壓為0.7 MPa，碾壓速度為42 次/min。試驗結(jié)果見表7。

表7 摻加兩種纖維的SMA-13車轍試驗結(jié)果

由表7可以看出，在各自最佳摻量下，摻加兩種纖維均能滿足SMA-13瀝青混合料的動穩(wěn)定度要求，且均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于技術(shù)要求。同時可知，摻加顆粒狀木質(zhì)素纖維的瀝青混合料測得的動穩(wěn)定度要高于摻加絮狀木質(zhì)素纖維的瀝青混合料，說明在本文的研究前提下，前者的高溫穩(wěn)定性要優(yōu)于后者。

3.2 水穩(wěn)定性

采用殘留馬歇爾穩(wěn)定度試驗和凍融劈裂試驗來評價SMA-13瀝青混合料的水穩(wěn)定性。試驗結(jié)果見表8。

表8 摻加兩種纖維的SMA-13水穩(wěn)定性試驗結(jié)果

由表8可知，摻加兩種纖維的SMA-13瀝青混合料的殘留馬歇爾穩(wěn)定度和凍融劈裂殘留強度比相差不大，且均能滿足規(guī)范設(shè)計要求，說明二者均有較好的水穩(wěn)定性。

3.3 析漏與飛散

按照TJG E20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進(jìn)行瀝青混合料肯塔堡飛散試驗和謝倫堡析漏試驗。試驗結(jié)果見表9。

由表9可知，摻加顆粒木質(zhì)素纖維的SMA-13瀝青混合料的析漏和飛散損失均要小于摻加絮狀木質(zhì)素纖維的瀝青混合料，這說明在各自最佳摻量下，顆粒木質(zhì)素纖維在SMA-13瀝青混合料中對瀝青的粘結(jié)性比絮狀木質(zhì)素纖維要好。

表9 摻加兩種纖維的SMA-13析漏和飛散試驗結(jié)果

4 結(jié)論

通過對摻加不同木質(zhì)素纖維的SMA-13瀝青混合料的路用性能進(jìn)行對比試驗，可以得到以下結(jié)論：

(1)絮狀纖維的吸油率更大，滿足空隙率要求的SMA-13瀝青混合料所需要的油石比也更大。

(2)摻加兩種木質(zhì)素纖維的SMA-13瀝青混合料均有較好的水穩(wěn)定性；但摻加顆粒木質(zhì)素纖維的SMA-13瀝青混合料，在高溫穩(wěn)定性方面要優(yōu)于摻加絮狀木質(zhì)素纖維的SMA-13瀝青混合料。此外，在SMA-13瀝青混合料中，顆粒狀纖維對瀝青的粘結(jié)性也要優(yōu)于絮狀纖維。