木质纤维对SMA面层的影响

【摘要】随着我国经济的发展以及人民生活水平的不断提高，道路工程占据了国民经济增长的主导地位，它直接影响着人们的工作和生活。本文从木质纤维的组成、木质纤维在SMA结构中的作用及木质素纤维对SMA的评价方案等几个方面进行了分析。

【关键词】木质纤维；SMA面层；影响

中图分类号：TS721文献标识码： A

一、前言

近年来，由于道路工程的不断壮大，木质纤维的使用问题得到了人们的广泛重视，道路工程一旦发生失误，势必将造成不可弥补的严重恶果。虽然一些我国在此方面取得了一定的成绩，但在实际的施工过程中依然存在一些问题和不足需要改进的地方，在经济突飞猛进的新时期，加强木质纤维对SMA面层的影响分析，对我国道路工程有着重要意义。

二、木质纤维的组成

木质纤维俗称为木质素纤维,而国外称为cellulose fiber,德国的JRS公司的木质纤维是直接由木材加工而制得木质纤维,美国INTERFIBER及国内各生产单位主要是对各种纸类进行加工而制得木质纤维。不管生产原料有何不同,但是木质纤维最终都是以纤维素为骨架,以半纤维素和木质素作为填充或粘结物的一种天然有机高分子化合物。纤维素的化学式(C6H10O5)n,n是重复的糖单元数量或聚合度DP,大多数造纸纤维的加权平均聚合度为600-1500。纤维的结构示意图如图1,其重复单元实际上是两个联在一起的葡萄糖酐单元称之为纤维二糖(C12H22O11)。组合纤维素时的聚合连接作用,使链型呈伸展状态,因此纤维分子适于联合成较长的链段,增大了结合强度,这是纤维素物质具有高强度的原因所在。

半纤维素是五种不同糖类的聚合物,即葡萄糖、甘露糖、半乳糖、木糖和阿拉伯糖。根据植物品种的不同,这些糖类和糖醛酸形成各种聚合物结构,有些与植物的纤维素相联,有些与木质素相联。

木质素的主要作用是组成胞间层,这是纤维粘结在一起的胞间物质,另外木质素还存在于纤维的其余截面内。木质素的化学组成非常复杂,其结构主要由由苯丙烷结构单元通过醚键和碳-碳键联结而成的复杂的、无定型的三维空间结构,在酸作用下难以水解的高分子无定型物质,其主要单体为香豆醇(coumaryalcohol)、松柏醇(coniferylalco-hol)和芥子醇(sinapylalcohol)。

三、木质纤维在SMA结构中的作用

路用纤维在SMA结构中是不可缺少的稳定剂。目前经常使用的纤维稳定剂有3种:木质纤维、矿物纤维和聚合物有机纤维。由于矿物纤维不利于劳动保护和环境保护,聚合物有机纤维的价格昂贵,因此通常采用木质纤维作为SMA的稳定剂。木质纤维是天然木材经过化学处理得到的有机组合物,在化学处理过程中,木质素和大部分纤维被分解,惰性最大的纤维素留了下来,属于化学性能非常稳定的中性物,对人体无害,不影响环境,不造成公害。木质纤维在SMA结构中有4点主要作用。

1、分散作用

木质纤维在高温下能很好地与沥青、集料组成沥青玛蹄脂结合料,均匀分散在集料之间,也就是均匀地包裹在集料表面,提高了集料的嵌挤性能。

2、加筋作用

木质纤维呈棉絮状,平均纤维长度达1100μm、厚度在46μm,在混合料中以三维分散存在,起到了加强筋的作用,增加了沥青与矿料的粘附性,提高了集料之间的粘结力。

3、吸附及吸收沥青的作用

一般木质纤维具有本身质量5倍~8倍的吸油量,在SMA混合料中不仅表面可吸附沥青,而且内部也可吸收沥青,使沥青用量增多,沥青油膜增厚,提高了混合料的耐久性。

4、稳定作用

木质纤维使沥青膜处于比较稳定的状态,在冬季低温下,由于木质纤维较高的沥青吸附性和加筋作用,路面不易出现裂缝;在夏季高温下,由于木质纤维较高的吸油性,能承受沥青热膨胀余量,路面不致产生泛油现象。

四、木质素纤维对SMA的评价方案

1、原材料

沥青选用90#埃索沥青,SBS改性剂,矿料选用西安蓝田安山岩,矿粉选用磨细的石灰石粉。级配采用SMA-13规范中值。选用几种木质素纤维,包括国产的和进口的纤维。

2、评价试验

（1）木质纤维的比选及最佳掺量的确定

本试验选用5种木质纤维样品,先进行不同纤维拌和效果试验。

试验室研究和工程经验都表明,纤维能否均匀地分散在沥青混合料中是纤维能否发挥作用的关键。为检验不同纤维的分散性能,进行如下试验:首先将配好的矿料(一个试件,大约1250g)加入搅拌锅内,然后放入一定量的纤维(混合料的0.3%左右),在175℃±3℃条件下干拌60s,观察纤维的分散状态。然后加入沥青,观察纤维的分散情况。经过观察,有三种纤维干拌后,颜色与混合料相似,已基本分散,戴手套摁混合料表面粘有1~3mm小团。加沥青后,混合料看上去显得干涩。可判断纤维吸油较多。其它两种干拌后分散性较差,加沥青后混合料显得富油,不能确认颗粒是否分散,吸油能力差,对纤维颗粒是否充分分散有怀疑。最后确定取前三种纤维做下一步试验。

通过混合料的析漏试验,以纤维的吸油性能作为评价标准来确定最优质的木质纤维。混合料的析漏试验根据规范的规定进行,混合料均采用相同的级配SMA-13,其集料级配组成见表1。

根据经验值采用6.3%的油石比用油量,由所选3种木质纤维的特点,采用较高的用量0.5%(纤维与集料之比)来进行评价,试验结果见表2。

从表2可以看出,木质纤维B的吸油性能明显优于木质纤维A与木质纤维C,因此通过本试验确定采用木质纤维B进行进一步评价试验。采用相同的级配,相同的油石比用油量,纤维分别采用0.4%、0.6%、0.8%、1.0%(纤维与集料之比)的掺加量,进行了析漏试验,试验结果见表3和图1。

从图1可以看出,纤维掺量从0.4%增加到0.6%时,析漏损失明显减少,并且远小于规范规定的析漏损失小于0.2%的要求,表明采用0.6%的纤维掺量是比较合适的,而当纤维掺量增加到0.8%和1.0%时,析漏损失减少幅度并不明显。综合析漏试验结果及经济考虑,确定纤维掺量0.6%(纤维与集料之比)为最佳掺量。

（2）掺加不同木质纤维的试验结果及分析

通过马歇尔试验确定,以6.3%的油石比作为最佳用油量,采用90#埃索基质沥青进行车辙试验。所采用试验纤维的用量为0.6%,同时采用某国产木质纤维和德国某进口木质纤维进行对比试验(用量均为0.3%),通过车辙试验评价抗车辙能力。车辙试验结果见表4。

从车辙试验结果可以看出,在纤维掺量为0.6%时,试验纤维的抗车辙性能优于进口木质纤维,比国产木质纤维的抗车辙性能要差,但抗车辙性能没有本质的差别。在以前对进口木质素纤维的评价中也发现,同为进口木质纤维,其性能有很大的差异。这再一次表明目前对木质纤维的性能评价要有足够的重视,应制定合适的评价方法,进行正确的性能评价。

（3）掺加新型纤维的SMA与普通及改性沥青混合料高温性能对比分析

加入试验纤维B的SMA混合料还与普通级配混合料及使用改性沥青的混合料的抗车辙性能进行了比较,采用AC-13级配,成型了普通沥青混合料与SBS改性沥青混合料,进行了车辙试验,结果见表5。

从表中可以看出,试验纤维SMA混合料的抗车辙性能明显优于AC沥青混合料,但与SBS改性沥青的抗车辙性能相比,还有一定差距。因此建议在使用纤维时,应配合使用性能良好的改性沥青,以进一步提高混合料的抗车辙性能。

五、我国木质纤维产品的发展方向

木质纤维是一种天然多孔性有机纤维,通过吸收吸附沥青,增加沥青粘度,提高沥青结合料与集料的粘结力,增加沥青膜厚度,提高沥青混合料的柔韧性,从而达到防止或减少"泛油"现象。因此，在木质纤维产品的后续生产中，要确保木质纤维计量准确、分散充分、拌合均匀、防止油斑，提供优质的SMA混合料。提高沥青路面的抗水害性、抗裂性能及抗车辙能力,延长沥青路面的使用寿命,提高沥青路面的耐久性。

六、结束语

通过对木质纤维对SMA面层的影响问题分析，进一步明确了木质纤维的使用在SMA面层的应用的方向。因此，在道路路面工程领域的后续发展中，要不断提高木质纤维在SMA面层的影响分析，确保人们生活的有序进行，促进道路工程领域的发展。

参考文献

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[2]陈晓龙 颗粒状路用木质纤维的制备 矿冶 2003年

[3]张波 木质素纤维稳定剂在SMA中的作用 辽宁交通科技 2004年

[4]彭波 木质素纤维在沥青混合料中的应用 西安建筑科技大学学报 2005年