纤维对SMA 路用性能的影响研究

王陆峰

1 概述

2 原材料及配合比设计

本试验选择SMA-16型级配进行混合料设计。其集料为玄武岩碎石，矿粉为石灰石粉，纤维分别选用木质纤维素、玄武岩矿物纤维和聚丙烯腈纤维。沥青采用壳牌生产的SBS改性沥青。原材料试验结果见表1～表3。按各档集料确定的比例配制混合料，对掺加三种不同纤维的SMA-16型混合料进行配合比设计。三种混合料最佳油量的马歇尔试验结果如表4所示。

表1 集料试验结果

表2 沥青试验结果

表3 纤维试验结果

3 纤维对SMA路用性能影响试验

3.1 水稳定性试验

沥青混合料的水稳定性应分别用马歇尔残留稳定度和冻融劈裂强度比评价。三种纤维混合料的水稳定性试验结果见表5。

表4 沥青混合料最佳油量马歇尔试验结果

表5 三种混合料水稳定性试验结果

从三种纤维残留稳定度比较来看，不同纤维SMA的残留稳定度相差不大，木质素纤维的作用较好，这与木质素纤维的加入使混合料最佳沥青用量增加较多有关。虽然从劈裂强度比看玄武岩矿物纤维较低，但是其冻融前后的劈裂强度远高于另两种纤维的SMA混合料。

3.2 高温稳定性试验

高温稳定性是指在夏季气温较高情况下，在交通荷载作用下沥青路面抵抗车辙、推移、壅包等永久变形的能力。对三种纤维分别成型300 mm×300 mm×50 mm的试件，进行车辙试验，检测其动稳定度DS。从表6可以看出，玄武岩矿物纤维的动稳定度(5 547次/mm)明显大于另外两种纤维混合料。说明矿物纤维与另外两种纤维比较有较好的抗车辙性能。

表6 三种混合料车辙试验结果

3.3 疲劳性能试验

目前室内沥青混合料的小型疲劳试验方法众多，较为普遍的试验方法主要是间接拉伸法(即劈裂疲劳试验)、梯形悬臂梁弯曲法和四点弯曲法。本试验选用四点弯曲疲劳方法进行混合料疲劳试验。试验参数如下：将轮碾成型的车辙板切割成400 mm× 50 mm×50 mm的标准四点弯曲小梁试件;试验温度：15℃;试验模式：应变控制方式;试验波形：偏正弦波;试验频率：10 Hz。三种不同纤维的疲劳试验结果如表7所示。

表7 三种混合料四点弯曲疲劳试验结果

随着应变水平的增加，沥青混合料的初始劲度模量和疲劳寿命迅速降低。在三种应变水平下木质素纤维的初始劲度模量都要大于矿物玄武岩纤维和聚丙烯腈纤维。从疲劳寿命上来看，聚丙烯腈纤维明显有助于沥青混合料疲劳寿命的增加。虽然木质素纤维沥青混合料的初始劲度模量要大，但是其疲劳寿命相对较差。聚丙烯腈纤维的疲劳寿命优于玄武岩矿物纤维和木质素纤维。

4 结语

本文对三种典型的纤维SMA混合料的水稳定性、高温稳定性和疲劳性能进行了试验研究，得到以下几点：1)从残留稳定度来看，不同纤维对混合料的抗水损害能力影响并不大，木质素纤维抗水损害能力略好，这与木质素纤维的添加使沥青用量增多有关。对冻融劈裂试验来说玄武岩矿物纤维的动稳定性较好。2)从车辙试验动稳定度数据上来看，玄武岩矿物纤维的高温性能最好。3)通过四点弯曲疲劳试验，得出三种纤维的疲劳寿命回归方程，并且从疲劳寿命上看，聚丙烯腈更多的增加了SMA的疲劳寿命。

［1］ 陈华鑫.纤维沥青混凝土路面研究［D］.西安：长安大学硕士论文，2002：17-32.

［2］ 朱朝辉.外掺纤维沥青混合料的路用性能研究［D］.西安：长安大学硕士论文，2004：3-5.

［3］ 沈金安，李福普.SMA路面设计与铺筑［M］.北京：人民交通出版社，2003：31-38.

［4］ 张万磊，孙雪伟，唐建亚.SMA矿物纤维用量比选与评价［J］.现代交通技术，2006(4)：8-11.

［5］ Witczak M W.Simple Performance Test for Superpave Mix Design.NCHRP Report 465，Transportation Research Board，National Research Council，National Academy Press，Washington D.C，2002.

［6］ Zhou Fujie，Tom Scullion，Sun Lijun.A Three-Stage Model for Characterizing the Permanent Deformation Properties of Asphalt Mixtures.Tentatively Accepted for Publication in Journal of Transportation Engineering，2002.

［7］ SHRP Designation M-009.Determining the Fatigue Life of Compacted Bituminous Mixtures Subjected to Repeated Flexural Bending.SHRP-A-003A，Strategic Highway Research Program，Nation Research Council，1994：28-51.

［8］ G M Rowe，M G Bouldin.Improved techniques to evaluate the fatigue resistance of asphaltic mixtures.2nd Euro asphalt and Euro bitume Congress，2000.