木質(zhì)素纖維對SMA瀝青混合料中瀝青用量的影響研究

李培國，李汝凱

(1.重慶交大建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心有限公司，重慶 400074；2.重慶交通大學(xué)，重慶 400074)

1 引 言

纖維作為瀝青及瀝青混合料的添加劑在國內(nèi)外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，且取得了良好效果，近些年來，越來越成為研究的熱點。目前，用于瀝青路面的纖維主要包括木質(zhì)素纖維、玻璃纖維、礦物纖維、聚合物纖維、鋼纖維等，考慮到性價比因素，目前國內(nèi)市場上，瀝青混合料中木質(zhì)素纖維使用最廣，約占使用比例95%以上。木質(zhì)素纖維分為顆粒狀和絮狀，考慮到稱量的準(zhǔn)確性以及分散均勻性等因素，目前使用最多的為顆粒狀木質(zhì)素纖維。

根據(jù)近些年來的研究趨勢來看，大多將研究方向聚焦在纖維摻量對瀝青混合料路用性能的影響方面，而針對纖維摻量、形狀等對瀝青混合料中瀝青用量的研究并不多見。針對以上問題，本文選擇市場上常用的某種木質(zhì)素纖維，通過分析其形狀、摻量等多角度研究其對SMA瀝青混合料中瀝青用量的影響，以期為后期市場上木質(zhì)素纖維的使用提供一定的參考價值。

2 瀝青混合料試驗

2.1 纖維摻量對SMA瀝青混合料中瀝青用量的影響研究

已有研究表明，SMA瀝青混合料配合比設(shè)計時，當(dāng)配合比一定時，木質(zhì)素纖維摻量的變化主要對瀝青混合料的肯塔堡飛散試驗以及謝倫堡析漏試驗產(chǎn)生較大影響，也就是說，在SMA瀝青混合料配合比中，木質(zhì)素纖維摻量的變化主要影響瀝青的用量。為了闡明這一影響，本文采用目前市場上具有代表性的某顆粒狀纖維(以下簡稱1#木質(zhì)素纖維)按照混合料質(zhì)量的0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%，摻配比例分別進行肯塔堡飛散試驗以及謝倫堡析漏試驗。試驗前對1#纖維進行打散，并在室內(nèi)拌和過程中先加入纖維和集料干拌30 s。

按照設(shè)定的配合比，采用0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%的纖維摻量分別進行肯塔堡飛散試驗以及謝倫堡析漏試驗，試驗結(jié)果見表1～表2和圖1～圖2。

表1 1#木質(zhì)素纖維不同摻量下飛散試驗結(jié)果

表2 1#木質(zhì)素纖維不同摻量下析漏試驗結(jié)果

圖1 1#木質(zhì)素纖維不同摻量下飛散試驗結(jié)果

圖2 1#木質(zhì)素纖維不同摻量下析漏試驗結(jié)果

分析表1～表2和圖1～圖2可以得到以下結(jié)論。

(1)對于混合料飛散損失試驗，隨著纖維用量的增加，混合料飛散損失呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，說明纖維摻量與瀝青用量之間存在一個合適的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)纖維摻量較少時，無法穩(wěn)定足夠的瀝青，瀝青膠漿難以形成一個穩(wěn)定的整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致混合料整體強度偏弱，隨著纖維摻量的增加，相對應(yīng)的瀝青用量就會偏少，一方面纖維的吸油能力得不到發(fā)揮，另一方面纖維很難在混合料中分散均勻，這種情況下，瀝青膠漿也很難形成一個均勻穩(wěn)定的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致混合料飛散損失量偏高。

(2)對于混合料析漏損失試驗，隨著纖維摻量的提高，混合料的析漏損失呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，這是因為隨著纖維用量的提高，纖維吸附的瀝青量越來越多，高溫下，自由流動的瀝青膠漿越來越少，留在燒杯內(nèi)的瀝青膠漿越來越少，混合料析漏損失量越來越少。當(dāng)纖維摻量為0.3%時，混合料析漏損失基本滿足規(guī)范要求，如果提高瀝青用量，0.3%的纖維摻量的混合料損失結(jié)果將無法滿足規(guī)范要求，說明，在SMA-13瀝青混合料配合比中，0.3%的纖維用量是一個下限值。

2.2 纖維形狀對SMA瀝青混合料中瀝青用量的影響研究

目前，國內(nèi)市場上使用顆粒狀木質(zhì)素纖維時，有些地區(qū)直接投放，另一些地區(qū)先打散再投放，關(guān)于顆粒狀纖維要不要打散，分散均勻性有無差異，二者對混合料的瀝青用量有無影響一直存在爭議，針對此種情況，本文通過顆粒狀纖維試驗前打散與不打散進行研究。上節(jié)中已經(jīng)對1#纖維打散后進行了試驗研究，為了減少試驗量，本節(jié)仍選擇1#木質(zhì)素纖維進行試驗前不打散試驗。與上節(jié)試驗相同，試驗時顆粒狀纖維首先在室內(nèi)拌和鍋內(nèi)與集料一起干拌30 s，仍采用1#纖維按照混合料質(zhì)量的0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%摻配比例分別進行肯塔堡飛散試驗以及謝倫堡析漏試驗。試驗結(jié)果見表3～表4，圖3～圖6。

表3 1#顆粒狀木質(zhì)素纖維不同摻量下飛散試驗結(jié)果

圖3 纖維不同摻量下飛散試驗結(jié)果

圖4 打散與不打散情況下纖維不同摻量下飛散試驗結(jié)果

表4 1#顆粒狀木質(zhì)素纖維不同摻量下析漏試驗結(jié)果

圖5 纖維不同摻量下析漏試驗結(jié)果

圖6 打散與不打散情況下纖維不同摻量下析漏試驗結(jié)果

通過以上圖表可以得出以下結(jié)論。

(1)對于混合料飛散損失試驗，同一纖維摻量下，未打散的顆粒狀纖維的飛散損失要遠大于打散的木質(zhì)素纖維，說明未打散的顆粒狀纖維在混合料中分散不均勻，在拌和鍋內(nèi)存在一定的聚集現(xiàn)象，影響了纖維在混合料中的效能，對纖維的功能發(fā)揮有不利影響。

(2)對于混合料析漏損失試驗，同一纖維摻量下，未打散的顆粒狀纖維的析漏損失要遠大于打散的木質(zhì)素纖維，當(dāng)纖維摻量在0.3%～0.45%范圍內(nèi)時，析漏損失量過高，無法滿足規(guī)范要求，說明瀝青用量過高，這可能是由于纖維未進行打散，在混合料中分散不夠均勻，引起部分瀝青膠漿(包括纖維)的積聚，在析漏試驗過程中，該部分瀝青膠漿粘附在燒杯內(nèi)壁，造成了瀝青用量過高的假象。

4 結(jié) 論

本文通過不同纖維摻量、不同纖維形狀下的混合料飛散損失試驗以及析漏損失試驗，可以得出以下結(jié)論：

(1)對于混合料飛散損失試驗，隨著纖維用量的增加，混合料飛散損失呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，說明纖維摻量與瀝青用量之間存在一個合適的對應(yīng)關(guān)系，這一關(guān)系與纖維本身的實際吸油率有關(guān)。

(2)對于混合料析漏損失試驗，隨著纖維摻量的提高，混合料的析漏損失呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，且二者之間存在較好的線性關(guān)系。在SMA-13瀝青混合料配合比中，0.3%的瀝青用量是一個下限值，建議在SMA-13瀝青混合料中纖維摻加量按照不低于0.4%控制較好。

(3)未打散的顆粒狀木質(zhì)素纖維在混合料中分散不均勻，形成的部分瀝青膠漿存在積聚的現(xiàn)象，這種情況一方面會造成瀝青混合料整體路用性能的下降，另一方面，在施工中也容易引起路面泛油等現(xiàn)象，對路面抗滑造成不利影響。建議無論是在室內(nèi)試驗還是路面施工過程中，顆粒狀木質(zhì)素纖維在使用前要進行打散。