纤维掺量对沥青混合料高温性能影响分析

摘要：为减少市政道路早期破坏严重的现象，本文对掺加纤维沥青路面的高温性能进行研究，为市政道路的建设提供借鉴。

关键词：纤维；掺量；篮网析出试验；高温性能

中图分类号： TU535 文献标识码： A

0引言

随着经济的快速发展，公路交通行业发生了日新月异的变化，现代交通向着速度快、密度大、轴载重、渠化分明的方向发展，这对市政道路提出了更高的要求。但是一些市政道路在使用一段时间后就出现了许多技术和质量方面的问题，比如早期破损、推移、拥包、车辙、开裂、唧浆、表面性能快速降低以及使用寿命不足等，这些问题都严重影响了市政道路的服务质量。近年来，在沥青混合料中掺加纤维以提高沥青路面的使用性能的方法受到了普遍的关注，并进行了大量的研究。

1纤维的选择

按照纤维的种类，目前道路工程中应用的纤维一般可以分成硬纤维和软纤维两种。硬纤维是由不同工艺制作的拉、拔、轧、切的钢纤维和矿物纤维等；而软纤维一般指植物纤维和化学合成纤维，可按材质分为木质素纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、腈纶纤维等[1]。本文以纤维吸附沥青的能力为指标，进行木质素纤维和玄武岩矿物纤维的比选。我们知道，纤维与沥青的相容性是影响纤维在混合料中发挥增强改性作用的关键因素。本文采用网篮析出试验来测试纤维对沥青的吸持和稳定效果。网篮析出试验是以纤维沥青胶浆通过网篮析漏出来的沥青量来评价纤维对沥青的吸附能力的一种试验方法。

本试验所用的原材料分别为70#沥青、粒状木质素纤维和玄武岩纤维，纤维与沥青的比例分别6：100和8：100。将纤维和沥青按照上述比例制成纤维沥青胶浆，置入挂有网篮的烧杯中，在烘箱中分别恒温12h，此时网篮中纤维沥青胶浆的质量基本稳定，称量沥青的滴落量并计算沥青析出百分率。试验结果见表1。

表1纤维沥青胶浆网篮析出试验结果

纤维类型 温度为165℃，保温时间为12h

由表1试验结果可以看出，木质素纤维对沥青的吸持倍数为7.8，玄武岩纤维吸持沥青的倍数为4.3，即木质素纤维对沥青的吸附稳定效果最好，玄武岩纤维对沥青的吸附稳定作用最差。

分析其原因，主要是因为沥青在溶化状态下，沥青和纤维相互作用，在分子力作用下连续发生组分和能量上的变化，在界面处形成新的相，甚至会产生新的物质，从而使界面处的吉普斯自由能降低，使沥青―纤维体系处于比较稳定的状态，具体表现为纤维对沥青的吸附或沥青对纤维的浸润现象[2]。吸附作用可以分为化学吸附、选择性吸附和物理吸附，纤维对沥青的吸附的主要形式是物理吸附。在这种状况下纤维对沥青吸附能力的大小主要取决于纤维的表面状况。木质素纤维表面粗糙，而且还据有一定的内部空隙，比表面积较大，对沥青的吸附能力最强，因此其胶浆的沥青析出率最小[3]。玄武岩纤维是通过拉拔制工艺成的，表面光滑，比表面积最小，因此对沥青的吸附作用也最弱。

2纤维掺量的影响

然后按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》的相关规定，对不同纤维掺量下的AC-13沥青混合料在最佳油石比下进行高温车辙试验，纤维掺量分别为0%，0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，动稳定度的试验结果见图1。

图1不同掺量纤维沥青混合料的动稳定度曲线图

由动稳定度的试验结果可以看出： 在AC-13中，在纤维掺量较小时混合料的动稳定度随着纤维掺量的增加而增加，当纤维的掺量达到某一特定的值以后，混合料的动稳定度则随着纤维掺量的增加而迅速减小。当纤维掺量为0.45%左右时，AC-13沥青混合料的动稳定度达到最大值，为6538次/mm，较不加纤维混合料的增加了2365次/mm，在不加纤维的基础上提高了36.2%。这主要是由于当纤维的掺量较小时纤维可以充分分散到沥青混合料中，并通过增大摩阻角、增加沥青的粘弹性、以及加筋作用来提高混合料的高温抗变形能力，随着纤维的掺量增加纤维在沥青混合料中逐渐成网，加筋作用愈加明显，对沥青的粘弹性及对沥青混合料的摩阻角的增大作用也不断提高[4]。但如若纤维继续增加，则纤维在沥青混合料中不能均匀分散，甚至结团，这不但不会使混合料的高温抗变形能力提高，反而会对混合料的抗变形能力造成损害。

3结语

（1）木质素纤维表面粗糙，且主纤维上有大量的毛细纤维，比表面积大，对沥青具有良好的吸持和稳定效果，而玄武岩纤维由于表面光滑，对沥青的吸附和稳定作用弱于木质素纤维。

（2）木质素纤维掺量并不是越到越好，本文试验结果正好验证了这一点，因此，在具体的工程实践中，应根据混合料的类型进行最佳用量的确定。

参考文献：

[1]杨明忠.SMA路面各种纤维应用现状及发展趋势[J].湖南城市学院学报，2006,15(2):29-31

[2]彭波,关宁锋,等.纤维沥青混合料特性的试验研究[J].中外公路, 2006,26(1):128-130

[3]黄彭.木质素纤维在沥青混合料中的应用研究[J].石油沥青，1998.12(04):9-15

[4]杨红辉,袁宏伟,郝培文,等.木质素纤维沥青混合料路用性能研究[J]，公路交通科技，2003，8(4):10-11