不同礦物油對(duì)木質(zhì)素纖維吸油率測(cè)試結(jié)果影響分析

（上海同濟(jì)檢測(cè)技術(shù)有限公司，上海 200092）

瀝青路面的優(yōu)點(diǎn)有很多，包括沒有收縮縫，抗滑性能比較好、行車噪聲很低、養(yǎng)護(hù)起來也很方便，所以在公路建設(shè)里應(yīng)用較為廣泛。當(dāng)前交通流量和重載交通迅速增加，使瀝青路面早期就容易發(fā)生車轍、松散和裂縫的問題，使得瀝青路面應(yīng)用性能上受到了一定程度的影響，同時(shí)也增加了瀝青路面前期的養(yǎng)護(hù)成本。

為了讓瀝青路面的使用性能不斷提高，可以利用纖維材料的添加，幫助瀝青混合料性能得到改善。目前，在工程上較為普遍使用的有木質(zhì)素纖維、礦物纖維、合成聚合物纖維等，尤其是木質(zhì)素纖維，因其物理力學(xué)性能好，又非常環(huán)保，在工程實(shí)施時(shí)使用的較多。對(duì)于木質(zhì)素纖維而言，在瀝青混合料拌和過程中，它還能夠形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有加筋、吸油、增黏、防析的效用，不僅能夠讓瀝青混合料的力學(xué)性能得以提高，而且還具有耐高濕、抗疲勞的功能。木質(zhì)素纖維功能很強(qiáng)大，主要有吸收油分的作用，這是因?yàn)槠溆形⒂^多孔結(jié)構(gòu)，促使其可以讓混合料中“自由瀝青”的含量得到減少?，F(xiàn)在很多研究人員都在研究木質(zhì)素纖維類型、木質(zhì)素纖維摻量、木質(zhì)素纖維的長度對(duì)瀝青混合料性能的影響，很少有研究木質(zhì)素纖維吸油率的問題。而木質(zhì)素纖維“吸油率”不小于纖維質(zhì)量的5 倍，這也是現(xiàn)行JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中的具體規(guī)定。所以，必須在木質(zhì)素纖維“吸油率”指標(biāo)上做好嚴(yán)控，這是確保木質(zhì)素纖維瀝青混合料性能的主要因素所在。

然而，現(xiàn)行規(guī)范對(duì)礦物油品種和標(biāo)號(hào)沒有做詳細(xì)規(guī)定說明，這給工程應(yīng)用中的纖維材料選擇造成了一定困擾。本文通過比對(duì)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)分析，全面研究目前公路工程常用纖維品種（絮狀和粒狀木質(zhì)素纖維）對(duì)不同類型和標(biāo)號(hào)礦物油（硅油和煤油）的“吸油率”的影響規(guī)律，從而為統(tǒng)一測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和控制技術(shù)指標(biāo)提供一定參考。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

（1）礦物油-硅油：考慮到本次研究的目的，采用廣泛應(yīng)用的甲基硅油（美國道康寧PMX-200 二甲基硅油），按黏度分級(jí)有10 cs、100 cs 、350 cs、500 cs、1 000 cs、5 000 cs 等，數(shù)值越大，硅油越黏稠，10 cs 接近于水的濃度，350 cs 接近于食用油濃度，1 000 cs 接近于蜂蜜濃度。

（2）礦物油-煤油：用途不同的煤油，化學(xué)成分也有所不同。而且即使是同一種煤油，因?yàn)橹迫〉姆椒ê彤a(chǎn)地的不同，在煤油理化性質(zhì)上也不同。實(shí)踐研究中發(fā)現(xiàn)，航空煤油密度剛好不容易產(chǎn)生結(jié)焦，又有低溫流動(dòng)性好的優(yōu)勢(shì)。所以，在熱安定性以及抗氧化安定性方面也很好，除了潔凈度很高以外，還沒有有害性的物質(zhì)，機(jī)械雜質(zhì)和水分都沒有。

（3）木質(zhì)素纖維：為了進(jìn)一步保證研究的有效性，選擇了包括不同廠家、不同類型的木質(zhì)素纖維 16 個(gè)樣品。

1.2 試驗(yàn)方法比選

關(guān)于瀝青混合料中使用木質(zhì)素纖維吸油率指標(biāo)的測(cè)試方法（所用礦物油）在不同的標(biāo)準(zhǔn)中各有闡述，現(xiàn)將各種具體敘述匯總?cè)绫?所示。

在上述各標(biāo)準(zhǔn)中所使用的礦物油有硅油和煤油兩種，但沒有強(qiáng)制性規(guī)定礦物油品種，因此這兩種油對(duì)測(cè)試的結(jié)果有沒有影響不得而知。綜合考慮各種方法的特點(diǎn)，本文“吸油率”測(cè)試統(tǒng)一采用JT/T 533—2004《瀝青路面用木質(zhì)素纖維》中規(guī)定的操作步驟。

1.3 試驗(yàn)方案

為研究不同礦物油對(duì)木質(zhì)素纖維的“吸油率”影響規(guī)律，采用兩種不同的礦物油，即硅油和煤油，同一木質(zhì)素纖維樣品，用不同礦物油測(cè)試“吸油率”的指標(biāo)，再根據(jù)結(jié)果找出不同的礦物油對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響規(guī)律。

（1）試驗(yàn)采用6 個(gè)絮狀的樣品和10 個(gè)顆粒狀的樣品。

（2）準(zhǔn)備礦物油，包括煤油和硅油，由于硅油具有較多不同黏度等級(jí)的產(chǎn)品，因此，本次研究準(zhǔn)備了1 個(gè)煤油樣品，6 個(gè)硅油樣品（10cs、100 cs、350 cs、500 cs、1 000 cs、5 000 cs）。

（3）顆粒狀樣品首先采用小型粉碎機(jī)打散成松散狀態(tài)，再進(jìn)行試驗(yàn)。

（4）每個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)取兩個(gè)平行試驗(yàn)結(jié)果的平均值。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

“吸油率”指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見表2。其中，6號(hào)和11 號(hào)樣品在使用1 000 cs、5 000 cs 規(guī)格的硅油進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，硅油與木質(zhì)素纖維混合后比較黏稠，從而造成兩者分離困難，故在后面的數(shù)據(jù)分析中，這兩組數(shù)據(jù)將不參與試驗(yàn)結(jié)果的分析。

2.2 結(jié)果分析

對(duì)表2 中的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行歸納分析可知：

（1）使用煤油時(shí)，10 個(gè)顆粒狀的木質(zhì)素纖維的吸油率平均值為4.7，6 個(gè)絮狀木質(zhì)素纖維的吸油率平均值為6.3，因此絮狀木質(zhì)素纖維的吸油率是顆粒狀木質(zhì)素纖維的吸油率的1.34 倍，這主要是由于顆粒狀樣品中已經(jīng)預(yù)拌部分瀝青或制粒劑等。

（2）對(duì)于不同標(biāo)號(hào)（10 ～500 cs）的硅油，木質(zhì)素纖維的吸油率測(cè)試結(jié)果隨著硅油標(biāo)號(hào)的增加而增加，主要原因是標(biāo)號(hào)越大，其黏度越高，硅油與纖維分離越困難。

不同礦物油在使用的時(shí)候，都要考慮到“吸油率”指標(biāo)，這也是用好絮狀木質(zhì)纖維和顆粒狀木質(zhì)纖維的關(guān)鍵。所以要實(shí)現(xiàn)二者有效、準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換，這里將木質(zhì)素纖維對(duì)煤油的吸油率均設(shè)為1，不同類型木質(zhì)素纖維對(duì)硅油的（各標(biāo)號(hào)）吸油率與煤油的吸油率的按照相應(yīng)比例進(jìn)行變換，以便建立有效的轉(zhuǎn)換公式，同一標(biāo)準(zhǔn)。不同類型木質(zhì)素纖維對(duì)硅油的（各標(biāo)號(hào)）吸油率與煤油的吸油率的比值分別如表3 和表4所示。

表2 木質(zhì)素纖維吸油率測(cè)試結(jié)果匯總表（倍數(shù)）

表3 木質(zhì)素纖維對(duì)硅油和煤油吸油率倍數(shù)關(guān)系（粒狀）

表4 木質(zhì)素纖維對(duì)硅油和煤油吸油率倍數(shù)關(guān)系（絮狀）

根據(jù)不同標(biāo)號(hào)硅油測(cè)得結(jié)果比值的平均值與煤油為1 進(jìn)行回歸分析，可分別得到不同類型木質(zhì)素纖維對(duì)礦物油的吸油率關(guān)系曲線，如圖1所示。

圖1 不同礦物油與纖維吸油率指標(biāo)關(guān)系

由上述試驗(yàn)所測(cè)的數(shù)據(jù)擬合成模型方程分別為：

R20.969

R20.971

式中：的取值范圍為2 ～5（10 cs、100 cs、350 cs、500 cs），當(dāng)選擇四種硅油中任一種測(cè)試時(shí)，所得的吸油率應(yīng)該是選擇煤油時(shí)的 倍。

根據(jù)圖1 中兩條回歸直線（或兩回歸方程的斜率）可知：木質(zhì)素纖維吸油率隨硅油標(biāo)號(hào)增大而線性增加，絮狀纖維受硅油標(biāo)號(hào)影響比粒狀纖維更加顯著。

3 結(jié)論

本研究對(duì)10 個(gè)粒狀木質(zhì)素纖維樣品、6 個(gè)絮狀木質(zhì)素纖維樣品、1 種煤油、6 種不同規(guī)格硅油進(jìn)行了纖維吸油率指標(biāo)測(cè)試，通過分析得到如下結(jié)論：

a）由于顆粒狀樣品中已經(jīng)預(yù)拌部分瀝青或制粒劑等，絮狀木質(zhì)素纖維的吸油率明顯大于顆粒狀纖維的吸油率，建議兩種纖維的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)該加以區(qū)分；

b）對(duì)于不同標(biāo)號(hào)（10 ～500 cs）的硅油，絮狀和粒狀木質(zhì)素纖維吸油率均隨硅油標(biāo)號(hào)增加而增加，絮狀纖維受硅油標(biāo)號(hào)影響比粒狀纖維更加顯著。

c）礦物油品種和標(biāo)號(hào)對(duì)木質(zhì)素纖維吸油率的測(cè)試結(jié)果影響顯著，建議測(cè)試規(guī)程中應(yīng)對(duì)礦物油品種和標(biāo)號(hào)進(jìn)行規(guī)定說明。