木质素纤维在SMA沥青混合料的作用机理研究

摘要：近年来，我国大面积使用SMA改性沥青混合料作为高等级公路路面表面层。而SMA改性沥青混合料中必须加入纤维稳定剂，其中木质素纤维是最常用的纤维稳定剂。现就木质素纤维在SMA中的作用及作用机理加以研究，以提高SMA的质量控制。

关键词：SMA沥青玛蹄脂碎石混合料；木质素纤维；作用机理

Abstract: in recent years, China's large area USES SMA modified asphalt mixture as high grade highway pavement surface layer. And the SMA modified asphalt mixture must be added into the fiber stabilizer, including vegetable fiber is the most commonly used fiber stabilizer. We in the role of vegetable fiber SMA and function mechanism studied in order to improve the quality of SMA control.

Keywords: SMA asphalt and hoof fat macadam mixture; Vegetable fiber; mechanism

中图分类号:U414.75 文献标识码：B文章编号：T2012-03（03）9022

SMA是20世纪60年代中期前联邦德国开发的一种由沥青、纤维稳定剂、矿粉及少量细集料组成的新型沥青混合料，其级配类型为间断级配骨架型密实。SMA中由粗集料构建的坚固的骨架结构具有优异的抵抗永久变形能力，而充填粗集料骨架孔隙的丰富沥青玛蹄脂则赋予SMA高度的耐久性，其粗糙的表面构造使路面具有优良的抗滑性和较低的交通噪声。

路用木质素纤维是天然木材经过化学处理得到的有机纤维，外观为棉絮状，呈白色或灰白色。由于处理温度高达250℃以上，在通常条件下是化学上非常稳定的物质，不为一般的溶剂、酸、碱腐蚀，具有无毒、无味、无污染、无放射性的优良品质，不影响环境，对人体无害，属绿色环保产品。

1 木质素纤维的化学组成和结构（图1）

图1 木质素纤维分子式

木质素纤维主要由C、H、O元素组成，其微观结构是带状弯曲的，凹凸不平的，多孔的，交叉处是扁平的，有良好的韧性、分散性和化学稳定性，吸水能力强，有非常优秀的增稠抗裂性能。

2纤维在SMA中的作用

2.1加筋作用

在在SMA混合料中掺加木质纤维，纤维在混合料中以一种三维的分散存在，像各种钢纤维混凝土、土木格栅、土工布等加筋材料一样，可以起到加筋作用。

2.2分散作用

如果没有纤维，用量颇大的沥青矿粉很可能成为胶团，不能均匀地分散在集料之间，铺筑在路面上将清楚地看到“油斑”存在，纤维可以使胶团分散。

2.3吸附作用

在SMA混合料中加入纤维稳定剂的作用在于充分吸附（表面）及吸收（内部）沥青，从而使沥青用量增加，沥青油膜变厚，提高混合料的耐久性。

2.4稳定作用

纤维使沥青膜处于比较稳定的状态，尤其是在夏天高温季节，沥青受热膨胀时，纤维内部空隙还将成为一种缓冲的余地，不致成为自由沥青而泛油，对高温稳定性也有好处。

2.5粘结作用

提高粘结力。纤维将增加沥青与矿料的粘附性，通过油膜的粘结，提高集料之间的粘结力。

3作用机理分析

3.1加筋作用

纤维在SMA中三维随机分布的，且由于数量众多,故在混合料中广为分布，这些纤维对混合料的开裂起到阻滞作用，从而提高沥青路面裂纹的自愈能力，减少裂缝的出现，起到加筋的作用。

3.2分散作用

沥青只有在吸附在矿粉表面形成薄膜，才能对其他粗、细集料产生粘附作用，正是由于纤维对沥青胶体的分散作用，在SMA中油石比普通沥青混凝土高。

3.3吸附作用

木质素纤维的直径一般＜50μm，有相当的比表面积，每克纤维的表面积可达数平方米以上。纤维分散到沥青中，其巨大的表面积成为可使沥青浸润的界面，在此界面上纤维可以吸附大量的沥青，形成有一定厚度的、一个新形成的相，称为界面层。

木质素纤维与沥青之间的界面层是一个至少为几个分子层厚的区域，其性质取决于纤维的分子排列、化学性质以及沥青的分子结构和化学组成，故不同的纤维对应着不同的界面层。

结构沥青比界面层以外的自由沥青粘性大，温度敏感性低，耐热性好。同时，由于纤维直径纤细，纤维及其周围结构沥青一同裹覆于集料的表面，使集料表面沥青膜厚度增大。混合料中由于加入纤维，使沥青的用量增加，从而导致沥青膜较常规密集配混合料增厚65%～113%。较厚的沥青膜与其形成的较小空隙，减慢了沥青老化的速率，从而使沥青较长时间地维持其粘弹性，降低了沥青的温度敏感性，改善了沥青的高温和低温性能。

3.4 稳定作用

纤维在沥青基体内的分布式三向随机的。由于截面纤细，使得纤维掺量不大沥青基体内，纤维数目相当大，形成纵横交织的空间网络。如纤维掺量0.2%,每1克沥青约为5200根纤维。纵横交错的纤维形成纤维骨架结构网以及“结构沥青”网，增大了结构沥青的比例，减薄饿自由沥青膜，使结合料粘性增大，软化点上升，温度稳定性大幅度提高。同时纤维的加筋使沥青混合料可使用稠度较低的沥青，这样也有助于减少低温裂缝的出现。

3.5 增粘作用

纤维可以提高沥青的粘结力，增加沥青与矿料的粘附性，通过油膜的粘结，提高集料之间的粘结力。传统混合料高温下沥青会在结构内产生集中，沥青粘结强度下降，抗高温变形能力差。而纤维加入后，可明显阻止沥青的流动。纤维对沥青的可持能力很强，一般要在130℃以上的高温下，多余沥青才会在纤维表面产生滴落。

4 结语

现在木质素纤维稳定剂在SMA中得到了大量的应用，利用纤维增强沥青混合料，由于纤维的吸附、稳定及多向加筋作用，可以较好的改善沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、提高抗车辙能及抗滑能力和耐久性，并且施工工艺和设备无特殊要求，混合料性能却能得到较大幅度的改善。

参考文献

[1] SHC F40-01-2002公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南[M]. 北京:人民交通出版社,2002

[2] JT-T-533-2004沥青路面用木质素纤维 [M]. 北京:人民交通出版社,2002

[3] 沈金安. SMA路面设计与铺筑. 北京:人民交通出版社,2003

作者简介：张忠彦（1975―），男，工程师、一级建造师、注册试验工程师。毕业于山东省城建学校市政工程专业，现任山东天元路桥工程有限公司经理助理、项目经理，从事道路桥梁施工管理16年。发表专业学术论文2篇。

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