聚酯纤维与木质素纤维沥青混合料路用性能对比研究

【摘 要】SMA是一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉和少量的细集料组成的沥青马蹄脂填充间断级配的粗集料骨架间隙而组成的沥青混合料。它由足够的沥青结合料形成具有相当劲度的沥青玛蹄脂胶浆填充在粗集料形成的石一石嵌挤结构的空隙中形成，具有良好耐久性和表面功能（抗滑、车辙小、平整度高、噪音小、能见高好），其使用寿命长，综合经济效益和环境效益好。选用SMA型沥青混合料，从高温性能、低温性能、水稳性能以及疲劳性能，全面对比，为今后甘肃公路建设中纤维的选择提供参考。

【关键词】聚酯纤维 木质素纤维 SMA路用性能

近年来，甘肃省开始铺筑SMA路面，作为SMA中的沥青蹄脂的主要组成部分，纤维起到了重要的作用，是SMA路面不可缺少的组成部分。

1原材料

（1）沥青。沥青选用壳牌或SK生产的SBS改性沥青。（2）纤维稳定剂。木质素纤维：木质素纤维为德国GKS工程纤维材料厂生产，使用时可以连包装袋一起投入拌合楼，先与石料石粉等干拌（无需打开包装袋），需适当延长拌合均匀。添加量为混合料质量的3‰。（3）矿料及配合比设计。矿料选用永登龙源石料厂生产的辉绿岩破碎石料，主要矿物为中性斜长石，属中性岩石。碎石的压碎值、洛杉矶磨耗值、磨光值等均达技术要求。矿粉及采用养护中心生产的石灰岩，各项指标满足规范要求。

2 纤维沥青混合料的高温稳定性

高温稳定性分析采用抗车辙试验，试验温度为60℃，试验轮与试件的接触压强为0.7MPa±0.05MPa，施加的总荷载重为78kg。试验将成型好的车辙板在60℃土1℃条件下，保温5h左右进行试验，小轮行走速度为42±1次/min，测得车辙变形深度，计算动稳定度，试验结果见表1所示。

由表1中试验结果分析可知，高温作用下，在同种沥青以及级配条件下，沥青的粘结作用及矿料的嵌挤作用基本相同，纤维自身的加筋作用因此成为高温抗车辙性能的主要影响因素。由于聚酯纤维自身的弹性以及强度都高于木质素纤维，因此高温条件下其对沥青混合料的吸附及束缚要大于木质素纤维，最终使混合料的高温抗车辙性能高于木质素纤维。

3 纤维沥青混合料低温抗裂性

低温抗裂性能采用小梁弯曲试验，成型尺寸为30mm×35mm×250nun的小梁试件，采用中点加载的方式进行试验。试验温度为-10℃，在低温水浴（防冻液）条件下保温1h以上，进行试验。试验加载速率为50mm/min；低温弯曲试验以弯拉应变来区分沥青，混合料的抗裂性能。试验结果见表2所示。

由表2中试验结果分析可知，聚酯纤维混合料和木质素纤维混合料的极限弯拉应相比，木质素纤维的效果要好一些。这主要是由于木质素纤维本身密度比聚酯纤维小，相同用量下沥青混合料单位体积内，木质素数量比聚酯纤维多，因此低温情况下沥青混合料的变形挠度较大，虽然聚酯纤维增强了沥青混合料的强度，但由于低温情况下挠度小，最终导致了沥青混合料的低温弯拉应变较小。但两种沥青昆合料的低温性能均满足沥青路面施工技术规范要求。纤维沥青混合料水稳性能研究水温稳定性试验采用冻融劈裂试验，一组试件在25t条件下浸水2h，测其劈裂强度R1；一组在0.09MPa条件下浸水抽真空15min，再在-18cC条件下保温16h，然后放人60℃水浴中恒温24h，再放到25℃水中浸泡2h后，测其劈裂强度H2；最后根据公式计算冻融劈裂强度比（TSR）。试验结果见表3所示。

由试验结果对比可知，木质素纤维的与聚酯纤维抗水损害性能相差不大，其冻溶劈裂前后的强度也较接近。表明，两种纤维沥青混合料都有较好的水温稳定性。

4 纤维沥青混合料疲劳性能分析

沥青混合料的疲劳性能分析主要采用三分点加载小梁弯曲疲劳试验分析，试验用小梁试件通过轮碾仪成型70m车辙板后，切成规定50m×50m×24cm的棱柱体小梁试件。试验采用MTS―810材料试验机，在15℃±1cC温度下采用频率为10HZ的连续式半正弦波三分点加载方式进行试验，两支点间距150m。

试验首先测得沥青混合料小梁的弯拉强度，然后再在不同的应力比条件下进行试验，得出疲劳次数，应力比为0.2-0.7；对应力水平和疲劳寿命进行双对数回归，得到一直线，疲劳方程的参数k和n

即为直线的截距和斜率。n值越大，疲劳曲线越陡，表明疲劳寿命对应力水平变化越敏感；k值表明了疲劳曲线的线位高低，其值越大，疲劳曲线的线位越高，材料的抗疲劳性能越好。这样，沥青混合料的疲劳特性可通过疲劳方程的两个参数k和n来反映，试验结果如表2和表3所示。其计算公式如表4所示。

由表中试验结果可知，聚酯纤维对应力水平的变化敏感程度比木质素纤维高，抗疲劳性能比木质素纤维的要低。分析原因与低温抗裂性类似，单位体积沥青混合料中，木质素纤维数量相对较多，常温情况下两种纤维断裂相同数目后，木质素纤维剩余量较多，加筋效果相对较好。

5 结语

由两种纤维的试验结果对比分析可知，两种纤维的各项指标均满足沥青混合料施工技术规范的要求，可用用于高速公路的施工。但两者相比，聚酯纤维的高温稳定性优于木质素纤维，低温抗裂性能及抗疲劳性能略低于木质素纤维，两种纤维沥青混合料的抗水损害性能均较好。因此，在高温性能要求较高的地区可以选用聚酯纤维，正常地区宜选择价格相对便宜的木质素纤维。

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