纤维沥青混合料水稳定性试验

摘要：本文对纤维沥青混合料的水稳定性进行了试验研究，试验考虑了混合料级配类型及油石比的影响。通过试验表明，纤维和级配类型对沥青混合料的水稳定性具有明显的影响作用。

关键词：路面；纤维；沥青混合料

中图分类号：P632+6 文献标识码：A

前言

排水性排水沥青路面是指通过调正沥青混合料的，使得沥青路面具有较高空隙率，易于排水和透水的沥青混合料，其空隙率多在15%至25%之间。该种沥青路面具有较好的排水性能和抗滑性能，由于其良好的排水性导致雨天行驶时具备良好的行驶舒适性。同时由于其空隙较大，吸声效果也非常好，可在一定程度上降低车辆与路面的噪声。由于排水性沥青混合料具有的透水性，也导致其对沥青的粘附性要求很高，以抵挡水的损坏。为此，需要对其沥青进行改性，增加和提搞沥青与集料矿粉的粘结性能。目前多采用改性沥青的方式。本文研究时，采用了不同的纤维对沥青进行改性，以其获取性能良好的沥青混合料，并对其水稳性进行。

1 试验材料及级配设计

1.1 原材料

本文采用的沥青类型为SBS改性沥青，其性能指标满足要求。工程用纤维品种一般有木质素纤维、聚酷纤维和矿物纤维等，

本文采用的沥青类型为SBS改性沥青，其性能指标满足要求。工程用纤维品种一般有木质素纤维、聚酷纤维和矿物纤维等，

本文选取的粗细集料为片麻岩，洁净、干燥、无风化、无杂质。

本文分析时采用了四种纤维类型，分别为两种絮蕠木质素，一种颗粒状的木质素和聚酯纤维。分别记作纤维A、纤维B；一纤维C 和维D。常用纤维稳定剂可以在一定上提高沥青混合料的高温性能，增加沥青的粘结性能，从而保证沥青混合料的良好性能，一般其掺量为沥青混合料质量的0.4左右。

本次试验用填料是通过研磨处理石灰石粉组成，有时用水泥，石灰代替部分矿粉。矿物填料可以改善沥青与集料粘附性的抗剥落能力，提高浸泡后的混合物，性能，掺量为5%。

1.2 沥青混合料的级配设计

本次级配设计时，主要通过调正2.36mm关键筛孔的通过率，以其累计通过率18%作为粗级配，以累计通过率为15%的级配为中间级配，以其累计通过率12%的级配类型为细级配，试验中通过采用不同的级配类型考察其水稳性，不同级配的最佳沥青用量可以通过混合料析漏试验和飞散试验确定。

1.3 试验方法

排水沥青混合料的水稳定性试验是最重要的性能测试，它是通过对冻融循环下沥青混合料的抵抗能力下降或进行研究，。在水进入路面脱空部位时，在车轮荷载作用下，不断产生的动水压力，其真空负压抽吸形成循环效应，接触集料与沥青表面的水逐渐渗入沥青与集料，由于沥青与集料粘附性较低，致使沥青混合料脱落，松动，然后形成凹坑损伤现象，变形。由于排水性沥青混合料的特殊的空隙构造，导致其受到水的作用更多，若其沥青的粘附性不足，其水损害会更加严重。本文分析时，采用两种不同的试验类型，常规的浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验和浸对排水性沥青混合料的水稳定性进行分析研究。

（1）浸水马歇尔试验

该试验用残留稳定度来评价沥青混合料的水稳定性，残留稳定度越大水稳定性越好。试验时，每种级配成型8个试件，分成两组，一组马歇尔试件在60℃水浴中恒温30min～40min后测定其稳定度MS，另一组在60℃水浴中恒温48h后测定稳定度MS1，最后按式计算浸水残留稳定度MS0。

式中：MS0——试件的残留稳定度（%）；

MS1——试件浸水48h后的稳定度（KN）；

MS——试件浸水30min后的稳定度（KN）。

（2） 冻融劈裂试验

该试验我国在“八五”国家科技攻关课题研究中，将美国的洛特曼试验（AASHTO T283）简化成我国的冻融劈裂标准试验方法，使它能在我国推广。冻融劈裂试验用劈裂强度比TSR来评价混合料的水稳定性，TSR越大水稳定性越好。试验时每种级配成型8个试件，分成两组。件按选用的级配成型，采用双面击实50次，冷却至室温后脱模；试件随机分为两组，每组不少于4个，第一组置于室温下备用；将第二组试件进行真空饱水，在730mmHg真空条件下保持15min，然后打开阀门，恢复常压，在水中静置0.5h；取出第二组试件放入塑料袋中，加入约10ml水，扎紧袋口将试件放入冰箱，冷冻温度为-18℃±2℃,保持16h；将放入冰箱中的试件取出后，撤去塑料袋立即放入已达60℃的恒温水槽中保温24h；将第一组与第二组试件全部浸入25℃水中至少保温2h，保温时保持试件之间的距离不小于10mm，然后取出试件以50mm/min的加载速率进行劈裂试验；计算劈裂强度比TSR。

TSR=()×100%

式中：TSR——冻融劈裂试验强度比（%）；

——未经冻融循环的第一组试件的劈裂抗拉强度（MPa）；

——冻融循环后第二组试件的劈裂抗拉强度（MPa）；

2 试验结果分析

2.1 纤维类型对水稳定性影响

本文对纤维排水沥青混合料的浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验试验结果如表1所示。对应的A、B、C、D四种纤维类型，其对应的残留马歇尔稳定度为89.53%、87.52%、88.46%、87.88%，对应的残留稳定度比为75.47%、78.14%、68.67%及76.15%。

纤维的吸油使得最佳沥青混合料的沥青膜厚度的增加，从而使得集料表明的总表面有效厚度增加，这可以有效减少水对沥青与集料界面的破坏作用；纤维吸收沥青或沥青中的油分，并以细长形状分布在沥青胶浆中，其多向加筋的功能降低了沥青的流动性，提高了沥青的稠度，增强了沥青与矿料之间的粘附性；

此外，纤维对沥青中轻组分物质吸收，导致沥青的粘度增加，沥青与矿粉集料的粘附性增高，故掺加了纤维的沥青混合料其水稳定性增加。试验发现，排水性沥青混合料的残留稳定度值和飞散损失率结果较大满足要求，但是冻融劈裂试验后的劈裂强度比结果较差，难以满足标准，对其进行分析，其原因可能是冻融循环试验需要低温环境下进行，由于沥青集料的变形特性与纤维的低温变形不同，这就使得其低温结果较差。对其试验结果进行分析可知，试验表明，絮状木质素纤维A具有良好的水稳定性，其次是颗粒状木质素C 。

2.2 级配类型对水稳定性影响

通过调整不同的2.36mm关键筛孔的通过率，对粗级配、中级配及细级配的沥青混合料水稳定性进行试验验证，结果如表2 所示。本次分析时，仅选取絮状木质素纤维A进行研究。发现当级配类型为粗、中、细时，沥青混合料对应的残留马歇尔稳定度分别为76.51%、89.54%及87.11%，同时对应的冻融劈裂强度比为66.74%、75.48%及81.17%。

随着空隙率的变化，排水性沥青混合料的残留稳定度达到最大峰值。试验表明级配类型及粗集料含量的多少对排水性沥青混合料的水稳定性有很大的关系，当粗集料含量适中时，较多的粗集料在沥青混合料中形成了良好的估计结构，沥青混合料的骨架稳定性较好，其水稳性也有提高。但当粗集料的含量过多，粗集料的骨架效果破坏，骨架内部缺少足够的细集料填充，导致其水稳性降低。粗集料的含量过少时，难以形成有效的骨架结构，导致其水稳性不足。

2.3 沥青含量对水稳定性影响

试验研究了絮状木质素纤维A和采用的中级配对沥青含量不同情况时的纤维沥青混合料的水稳定性进行了评价分析，调整其油石比为4.0%、5.0%和6.0%。对不同油石比下的纤维沥青混合料进行水稳定性试验，发现对应的油石比4.0、5.0%、6.0%时，沥青混合料的残留稳定度比为85.2%、85.7%、87.3%，对应的冻融劈裂强度比为67.1%、75.5%及71.6%。

沥青的用量直接影响到沥青混合料的水稳定性，且沥青用量与水稳性存在峰值关系，沥青含量太小，其与矿粉难以形成有效的沥青膜厚度裹附到集料表面，使得其水稳性能较差。但沥青含量太高，在沥青混合料结构体系中出现了较多的自由沥青，导致集料的骨架效果降低，集料与集料的嵌挤作用降低，进而使得排水性沥青混合料的强度受损，水稳定性能降低。只有当沥青适量时，混合料的水稳定性出现显著的提高，使得沥青变成结构沥青，结构沥青膜变厚，增强了沥青与矿料之间的粘附性，提高了混合料的水稳定性。

3 结论

本文通过对不同的纤维类型，不同的级配类型及不同沥青含量下的纤维沥青混合料进行了水稳定性分析，试验结果表明，纤维类型对纤维沥青混合料的水稳定性影响很大，絮状木质素纤维A具有良好的水稳定性，其次是颗粒状木质素C 。同时合理的级配设计应该是粗集料和细集料的比例相符，颗粒之间既能形成良好的骨架嵌挤结构。沥青用量与维沥青混合料进行了水稳定性的有一定关系。

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