剑麻纤维沥青混合料最佳纤维掺量试验研究

杨瑞华 周前程

(1.上海建峰职业技术学院，上海 201900； 2.上海电子信息职业技术学院，上海 201411)

剑麻纤维沥青混合料最佳纤维掺量试验研究

杨瑞华1周前程2

(1.上海建峰职业技术学院，上海 201900； 2.上海电子信息职业技术学院，上海 201411)

剑麻纤维掺量是影响剑麻纤维沥青混合料性能的主要因素之一，通过马歇尔试验、谢伦堡沥青析漏试验和高温车辙试验综合确定剑麻纤维最佳用量，试验结果表明0.4%掺量的剑麻纤维沥青混合料性能最佳。

道路工程，剑麻纤维，沥青混合料，最佳掺量

0 引言

近年来，随着道路交通流量增大，特别是重型车辆的增多和高压轮胎的使用，交通流的渠化等因素，致使沥青混凝土路面出现车辙、裂缝、坑槽等早期病害现象，严重影响路面使用寿命，这就对沥青混凝土路面的路用性能提出了更高的要求。常用方法是通过在沥青混合料中添加纤维来提高其路用性能。目前市场上常用的纤维材料主要有木质素纤维、聚酯纤维以及矿物纤维等[1]。但人工纤维和矿物纤维不具备绿色、环保、经济等性能。目前已经开始研究用植物纤维替代人工纤维和矿物纤维掺入沥青混合料中形成绿色、环保、节能等性能优越的环保经济型纤维沥青混合料[2]。

剑麻纤维，属于可再生资源，可自然降解，不会对环境构成污染，价格也比较低廉。剑麻纤维质地坚韧、富有弹性、拉伸强度大、耐摩擦、耐酸碱、耐海水腐蚀以及耐低温等多种优良性能，且能量吸收能力好、耐冲击强度高，无脆性断裂(对提高汽车的安全性很有利)。剑麻纤维在250 ℃的干拌温度下不变质，不发脆，可作为添加剂掺入到沥青混凝土中。剑麻纤维表面粗糙，有许多竖向条纹，这有利于增加剑麻纤维与沥青混凝土之间的接触面积，从而提高剑麻纤维在沥青混凝土当中的粘结能力，对路面的车辙、温缩、开裂、坑槽等早期破坏具有一定的改善作用[3-5]。控制剑麻纤维在沥青混合料中的用量是影响改善效果的主要因素之一。本文提出通过马歇尔试验、谢伦堡沥青析漏试验和高温车辙试验综合确定剑麻纤维用量的新方法，以多个指标综合确定剑麻纤维最佳用量，以完善剑麻纤维沥青混合料应用技术。

1 试验设计

试验所用沥青为SBS改性沥青，骨料选用玄武岩集料，石灰岩矿粉为填料，试验所用级配类型为AC-20，级配见表1。原材料试验结果均满足JTG F40—2004规定的质量技术指标要求。本试验将剑麻纤维在粉碎机上粉碎成短剑麻纤维，并用质量浓度为1%的NaOH溶液浸泡30 min，再用清水冲洗干净，烘干备用。

表1 AC-20级配表

沥青混合料中剑麻纤维的掺量按0.2%，0.3%，0.4%，0.5%进行马歇尔试验，确定不同掺量下剑麻纤维沥青混合料的最佳油石比。在最佳油石比下进行不同掺量的沥青混合料谢伦堡沥青析漏试验，以判别是否形成较好的沥青胶浆，有无多余的自由沥青。最后进行高温车辙试验，比较不同剑麻纤维掺量的剑麻纤维沥青混合料高温性能。

2 剑麻纤维沥青混合料马歇尔试验

依据JTG E20—2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程中沥青混合料马歇尔击实试件制作方法，双面击实75次成型试件，脱模后测定试件的体积指标、稳定度、流值。试验结果汇总见表2。最佳油石比以空隙率Va= 4%为主要控制指标，得到不同掺量的剑麻沥青混合料的最佳油石比见表3。

从表3可以看出，随着剑麻掺量在0.2%～0.4%区间增加时，剑麻纤维沥青混合料的最佳油石比有逐渐上升的趋势，但当剑麻掺量大于0.5%后，剑麻纤维沥青混合的最佳油石比反而有下降的趋势，说明剑麻纤维掺量不宜大于0.5%，当大于0.5%时，剑麻含量较高，部分剑麻未与沥青形成胶浆就已作为一种填料填充进了集料的空隙当中，因此使得油石比反而下降了。

表3 不同剑麻掺量的剑麻沥青混合料最佳油石比 %

3 剑麻纤维沥青混合料谢伦堡沥青析漏试验

谢伦堡沥青析漏试验是检测沥青结合料在高温状态下从沥青混合料析出并沥干多余的游离沥青数量的一种试验方法。以沥青析漏损失作为评价指标。根据JTG F40—2004规定，沥青混合料的沥青质量损失要小于0.2%。

通过马歇尔试验得出结论，剑麻纤维掺量不宜大于0.5%，因此分别进行0.2%，0.3%，0.4%三个不同掺量的剑麻纤维沥青混合料在最佳油石比下的谢伦堡沥青析漏试验。谢伦堡试验结果见表4。

表4 不同掺量剑麻纤维沥青混合料谢伦堡沥青析漏试验结果 %

试验结果表明，0.3%，0.4%掺量的剑麻纤维沥青混合料沥青质量损失都能满足要求，但0.2%掺量剑麻纤维沥青混合料的沥青胶浆的析漏损失大于0.2%，说明此时沥青胶浆中会含有多余的自由沥青，因此剑麻纤维的掺量不宜小于0.2%。

4 剑麻纤维沥青混合料的高温稳定性试验

车辙试验是评价沥青混合料高温稳定性能的重要方法，原理是通过模拟车轮荷载在路面上行驶而形成的车辙过程。将掺量为0.3%，0.4%的剑麻纤维沥青混合料在最佳油石比下，依据JTG E20—2011 方法制作车辙试验试件，进行车辙试验，试验温度为(60±0.5)℃，轮压为(0.7±0.05)MPa，试验轮行走频率为(42±1)次/min。得到不同掺量的剑麻纤维沥青混合料动稳定度试验结果见表5。试验结果表明0.3%，0.4%纤维掺量的剑麻纤维沥青混合料动稳定度值都能满足规范的要求，但0.4%掺量的高温性能较0.3%掺量的要好。因此得到剑麻纤维沥青混合料的最佳掺量为0.4%。

表5 不同掺量的剑麻纤维沥青混合料动稳定度试验结果

5 结语

通过不同剑麻纤维掺量的沥青混合料所做的马歇尔试验、谢伦堡沥青析漏试验、高温车辙试验，得到以下结论：

1)随着剑麻纤维掺量的增加，沥青混合料最佳油石比有增大的趋势，但当剑麻纤维掺量大于0.5%时，部分剑麻纤维未与沥青形成胶浆就已作为一种填料填充进了集料的空隙当中，使得油石比反而下降了。因此剑麻纤维掺量不宜大于0.5%。

2)剑麻纤维的掺量也不宜过小，当剑麻纤维掺量小于0.2%时，沥青胶浆中会有较多的自由沥青。因此剑麻纤维掺量不宜小于0.2%。

3)高温车辙试验表明，0.3%，0.4%掺量的剑麻纤维沥青混合料高温性能都能满足要求，但0.4%掺量的性能更好。

4)采用马歇尔试验、谢伦堡沥青析漏试验及高温车辙试验是确定剑麻纤维沥青混合料剑麻纤维最佳掺量的有效方法。

[1] 李化东，戴文亭.矿物纤维沥青混合料中纤维最佳掺量的试验研究[J].科学技术与工程，2014(25)：288-291.

[2] 陆宏新，樊 新，谭 波.剑麻纤维/沥青复合材料界面性能[J].桂林理工大学学报，2014(2)：283-286.

[3] 章毅鹏，廖建和，桂红星.剑麻纤维及其复合材料的研究进展[J].热带农业科学，2007，27(5)：53-57.

[4] 才 红，韦 春.剑麻纤维增强聚合物的研究进展[J].绝缘材料，2003(5)：50-54.

[5] 关 鹏.剑麻纤维沥青混凝土路面性能研究[D].武汉:武汉工业学院，2010：23-28.

Experimental study on optimal dosage of fiber in asphalt mixture with sisal fiber

Yang Ruihua1Zhou Qiancheng2

(1.ShanghaiJianfengVocationalandTechnicalCollege,Shanghai201900,China；2.ShanghaiTechnicalInstituteofElectronics&Information,Shanghai201411,China)

The optimal dosage of sisal fiber in asphalt mixture is one of the main factors influencing the performance of asphalt mixture. The optimal dosage of sisal fiber was determined through Marshall test, Schellenberg binder drainage test and rutting test. The results showed that the optimal dosage of sisal fiber was 0.4%.

highway engineering， sisal fiber， asphalt mixture， optimal dosage

2015-04-05

杨瑞华(1977- )，女，高级工程师； 周前程(1974- )，男，讲师

1009-6825(2015)17-0085-02

TU535

A