木纖維穩(wěn)定劑對(duì)SMA路面性能影響研究

摘要 SMA瀝青混合料廣泛應(yīng)用于我國(guó)高等級(jí)及主要城鎮(zhèn)交通要道路面，在國(guó)家白改黑公路網(wǎng)布局中占有很大比例，其施工過(guò)程中應(yīng)注重后期使用舒適性及耐久性。文章旨在通過(guò)對(duì)SMA瀝青混合料添加木質(zhì)素纖維后，進(jìn)行各項(xiàng)路面強(qiáng)度研究比較，發(fā)現(xiàn)在摻入0.5%木質(zhì)素纖維后，SMA瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能有所提高，對(duì)實(shí)際施工具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞 瀝青路面；木質(zhì)素纖維；SMA瀝青混合料；路用性能

中圖分類號(hào) U414 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）13-0045-03

0 引言

SMA瀝青混合料作為我國(guó)廣泛用于高質(zhì)量路面的最重要材料之一，是推進(jìn)建設(shè)具有鮮明特色的社會(huì)主義交通強(qiáng)國(guó)新時(shí)期的基礎(chǔ)。交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的基礎(chǔ)，也是國(guó)家發(fā)展的生命線。在高溫、潮濕和長(zhǎng)時(shí)間降雨的條件下，各種類型的瀝青缺陷在行業(yè)中非常普遍。如果瀝青路面發(fā)生疾病和損壞，往往難以解決，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致瀝青路面原有設(shè)計(jì)性能的喪失，這對(duì)中國(guó)戰(zhàn)略運(yùn)輸規(guī)劃構(gòu)成嚴(yán)重障礙。該文研究的重要性在于比較分析了在相同的室外環(huán)境條件下，木質(zhì)素纖維0.3%、0.5%、0.7%、0.9%和1.5%的SMA瀝青混合物的不同運(yùn)行試驗(yàn)，以推薦和控制添加劑比例的使用[1]。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法及原材料準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

準(zhǔn)備已摻入0.3%、0.5%、0.7%、0.9%和1.5% 5種木質(zhì)素纖維比例的樣品放置在室外環(huán)境中，在相同的條件下，使他們能夠體驗(yàn)?zāi)M的道路條件，任期經(jīng)歷如陽(yáng)光、熱帶雨林、風(fēng)沙、雷暴、低溫和高濕度。半年后，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，建議木材纖維的最佳添加和使用比例，以測(cè)試其不同的性能。檢測(cè)方式選取以下5種，進(jìn)行衡量添加木質(zhì)素纖維后路用性能的各項(xiàng)指標(biāo)，試驗(yàn)方法詳見(jiàn)圖1～2。

根據(jù)瀝青路面施工的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該試點(diǎn)方案統(tǒng)一使用SMA瀝青混合物詳見(jiàn)圖2，油石比為5.3%。在測(cè)試各種材料指標(biāo)的適用性后，按0.3%、0.5%、0.7%、0.9%和1.5%的比例摻入木材纖維，樣品試驗(yàn)驗(yàn)證詳見(jiàn)圖3。

1.2 SMA瀝青混合料準(zhǔn)備

（1）該次設(shè)計(jì)試驗(yàn)所采用的SMA瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)及檢驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表1中的試驗(yàn)結(jié)果表明，瀝青原材料的值與相關(guān)試驗(yàn)區(qū)域相對(duì)應(yīng)，環(huán)境條件和復(fù)檢方法正確，符合該試驗(yàn)的相關(guān)要求。所收集的所有測(cè)試結(jié)果和數(shù)據(jù)都是真實(shí)有效的，并在投入使用前經(jīng)過(guò)相關(guān)測(cè)試檢查員的驗(yàn)證和簽字。

該試驗(yàn)概念中使用的試驗(yàn)組已通過(guò)相關(guān)質(zhì)量測(cè)試滿足該試驗(yàn)要求，并在調(diào)試前由試驗(yàn)檢查員驗(yàn)證和簽字，詳見(jiàn)表2～3。

該試驗(yàn)中采用的木質(zhì)素纖維穩(wěn)定劑規(guī)格為5.5 mm，其規(guī)格符合纖維穩(wěn)定劑的相關(guān)技術(shù)規(guī)范。檢查人員核實(shí)簽名后即可投入使用。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4[2]。

2 試驗(yàn)性能及結(jié)果

2.1 馬歇爾穩(wěn)定度

準(zhǔn)備已放置在特定環(huán)境中滿六個(gè)月的已摻入0.3%、0.5%、0.7%、0.9%和1.5%的木纖素纖維的SMA瀝青混合料試塊若干，經(jīng)外觀檢查合格并對(duì)其多次校驗(yàn)，樣品的各項(xiàng)檢查正確無(wú)誤，符合試驗(yàn)要求。然后，對(duì)其進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)檢測(cè)，以驗(yàn)證其樣品的馬歇爾穩(wěn)定性和流值性能結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

試驗(yàn)結(jié)束后從圖4馬歇爾試驗(yàn)折線圖可得出，當(dāng)SMA瀝青試塊摻入木質(zhì)素纖維含量為0.3%時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度取中值為7.5 kN，不滿足馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)≥8 kN的要求。當(dāng)SMA瀝青試塊摻入含量為0.5%木質(zhì)素纖維時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度為8.1 kN，滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，摻入木質(zhì)素纖維比例為0.7%、0.9%時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度數(shù)值中值9.2 kN、9.5 kN偏高，當(dāng)摻入木質(zhì)素纖維比例為1.5%時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度為7.5 kN，不滿足≥8 kN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。此試驗(yàn)結(jié)果為SMA瀝青混合料在摻入比例為0.5%時(shí)，馬歇爾穩(wěn)定度數(shù)值最好，各項(xiàng)性能效果最佳，且最為穩(wěn)定。

2.2 流值

根據(jù)圖5流值試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果可得出，當(dāng)SMA瀝青試塊摻入木質(zhì)素纖維含量為0.3%時(shí)，測(cè)得流值的中值為2.4 mm，不滿足流值技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為2.5～4.5 mm的要求。當(dāng)SMA瀝青試塊摻入木質(zhì)素纖維含量為0.5%、0.7%、0.9%時(shí)，測(cè)得流值中值分別為3.6 mm、4.2 mm、4.4 mm均滿足流值技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為2.5～4.5 mm的要求。當(dāng)SMA瀝青試塊摻入木質(zhì)素纖維含量為1.5%時(shí)，測(cè)得流值中值為5.1 mm，不滿足流值技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為2.5～4.5 mm的要求。此試驗(yàn)可得出，當(dāng)SMA瀝青試塊摻入木質(zhì)素纖維含量為0.3%、1.5%時(shí)，試塊流值技術(shù)指標(biāo)不滿足規(guī)范要求，當(dāng)摻入木質(zhì)素纖維含量為0.5%、0.7%、0.9%時(shí)，試塊流值技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，且以摻入0.5%含量為最佳選擇。

結(jié)合上述兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，SMA瀝青試塊在摻入0.5%的木質(zhì)素纖維后，馬歇爾穩(wěn)定度與流值的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果最佳，試塊優(yōu)化程度高，且性能方面最為可靠。

2.3 車轍及變形

準(zhǔn)備已放置在特定環(huán)境中滿六個(gè)月的已摻入0.3%、0.5%、0.7%、0.9%和1.5%的木纖素纖維的SMA瀝青混合料試塊若干，經(jīng)外觀檢查合格并對(duì)其多次校驗(yàn)，樣品的各項(xiàng)檢查正確無(wú)誤，符合試驗(yàn)要求。然后，對(duì)其進(jìn)行車轍試驗(yàn)檢測(cè)，以驗(yàn)證其樣品的動(dòng)穩(wěn)定度和變形性能技術(shù)指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

試驗(yàn)結(jié)束后從圖6動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)折線圖可得出，當(dāng)SMA瀝青試塊摻入木質(zhì)素纖維含量為0.3%時(shí)，試塊動(dòng)穩(wěn)定度的檢測(cè)中值為750次/mm，不滿足技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)穩(wěn)定度需≥800次/mm的要求。當(dāng)SMA瀝青試件木質(zhì)素纖維摻入含量為0.5%、0.7%、0.9%、1.5%時(shí)，測(cè)得動(dòng)穩(wěn)定度分別為810次/mm、900次/mm、1 500次/mm、

2 350次/mm，均滿足動(dòng)穩(wěn)定度≥800次/mm的技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。但從動(dòng)穩(wěn)定度折線圖可看出，當(dāng)木質(zhì)素纖維摻入含量＞0.5%后，動(dòng)穩(wěn)定度中值較大且極不穩(wěn)定，在摻入木質(zhì)素纖維含量為0.5%時(shí)數(shù)值中值為最佳，且最為穩(wěn)定。摻入量為0.7%、0.9%、1.5%數(shù)組雖然滿足試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度要求，但數(shù)值變化曲線較大，應(yīng)選取以摻入0.5%木質(zhì)素纖維為最優(yōu)組別。

試驗(yàn)結(jié)束后從表5記錄結(jié)果可得出，在SMA試塊摻入上述5種含量的木質(zhì)素纖維后，試驗(yàn)結(jié)果均滿足變形要求。當(dāng)SMA瀝青試件摻入木質(zhì)素纖維含量為0.3%時(shí)，測(cè)得變形最小值為2.0 mm，最大值為7.0 mm，差值為5 mm，為5組試驗(yàn)組別中變形量最大的。當(dāng)SMA瀝青試件摻入木質(zhì)素纖維含量為0.5%時(shí)，測(cè)得變形最小值為2.2 mm，最大值為2.5 mm，差值為0.3 mm，為5組試驗(yàn)組別中變形量最小的。其他摻入木質(zhì)素纖維含量為0.7%、0.9%、1.5%含量的組別變形量要優(yōu)于摻入含量為0.3%組別，但對(duì)比摻入含量為0.5%組別稍差。

由該次試驗(yàn)可得出，當(dāng)SMA瀝青試塊摻入木質(zhì)素纖維含量為0.5%時(shí)，其所測(cè)得動(dòng)穩(wěn)定度和變形值的數(shù)值為最優(yōu)選擇。

2.4 單軸蠕變

準(zhǔn)備放置在特定環(huán)境中滿六個(gè)月已摻入0.3%、0.5%、0.7%、0.9%和1.5%的木纖素纖維的SMA瀝青混合料試塊若干，經(jīng)外觀檢查合格并對(duì)其多次校驗(yàn)，樣品的各項(xiàng)檢查正確無(wú)誤，符合試驗(yàn)要求，將試件制成滿足試驗(yàn)要求的圓柱體試件，待相關(guān)檢測(cè)合格并且穩(wěn)定后進(jìn)行單軸蠕變?cè)囼?yàn)，檢測(cè)其黏性勁度模量試驗(yàn)，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

試驗(yàn)結(jié)束后從表6記錄結(jié)果可看出，當(dāng)SMA瀝青試件摻入木質(zhì)素纖維含量為0.3%時(shí)，黏性勁度模量的范圍在610～640之間，為5組規(guī)格數(shù)值中黏性勁度模量波動(dòng)變化范圍最小。當(dāng)SMA瀝青試塊摻入木質(zhì)素纖維含量為0.5%時(shí)，黏性勁度模量的范圍在630～700之間，為5組規(guī)格數(shù)值中黏性勁度模量波動(dòng)變化范圍最大，其余摻入木質(zhì)素纖維含量組別黏性勁度模量試驗(yàn)均滿足試驗(yàn)規(guī)范要求。其中，以摻入含量為0.5%的木質(zhì)素纖維組別的黏性勁度模量波動(dòng)變化范圍最大，性能最優(yōu)，且最為穩(wěn)定，是最佳的摻入含量選擇[3]。

單軸蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果表明，無(wú)論摻入何種含量木質(zhì)素纖維，這些值都符合試驗(yàn)要求。然而，就總變異值而言，在摻入含量為0.5%木質(zhì)纖維的變形比例為最小的、最穩(wěn)定的最佳值。

試驗(yàn)表明，添加0.5%的木質(zhì)素纖維后，SMA瀝青混合物的性能優(yōu)于其他摻入比例。

3 結(jié)論

綜上所述，在歷經(jīng)各項(xiàng)性能試驗(yàn)后，SMA瀝青混合料試塊在摻入木質(zhì)素纖維后，大比例上均獲得良好的試驗(yàn)效果。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在摻入含量為0.5%的木質(zhì)素纖維后，SMA瀝青試塊所獲得的各項(xiàng)性能為最優(yōu)，因此摻入含量為0.5%的木質(zhì)素纖維為最優(yōu)選擇。在今后的瀝青路面施工活動(dòng)中，推薦摻入該含量的纖維穩(wěn)定劑，能獲得更好的效果，達(dá)到提高瀝青路面綜合路用性能、耐久性、行車舒適性、經(jīng)濟(jì)性的最終目的，提高路用壽命，節(jié)約成本，獲取更大的施工利潤(rùn)。

參考文獻(xiàn)

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