木纤维对沥青混合料路用性能影响研究

李 映

(核工业西南勘察设计研究院有限公司 610061)

木纤维对沥青混合料路用性能影响研究

李 映

(核工业西南勘察设计研究院有限公司 610061)

为了探究木纤维对沥青混合料路用性能的影响，本文在AC-13和SMA-13两种沥青混合料中添加不同掺量的木纤维，并进行了车辙试验、低温弯曲试验和冻融劈裂试验，用以验证沥青混合料的高温性能，低温性能以及水稳性能。试验结果表明：对AC-13沥青混合料，当木纤维掺量为4‰时，与不添加木纤维相比，车辙稳定度提高了71.8%，劈裂抗拉强度比提高了18.6%，当木纤维掺量为3‰时，与不添加木纤维相比，最大弯拉应变提高了38.6%；对SMA-13沥青混合料，当木纤维掺量由1‰提高到4‰时，车辙动稳定度提高94.2%，最大弯拉应变提高了22.0%，冻融劈裂抗拉强度比提高了9.8%，表明添加适量木纤维可以有效提高沥青混合料的路用性能。建议在温差较大，年均气温较高或较低以及降水丰沛地区，可以通过添加木纤维来减少各种路面病害产生，有效延长沥青路面使用寿命。

道路工程；沥青混合料；木纤维；路用性能

0 引言

随着经济的快速发展，我国沥青路面面临着交通量快速提升，车辆轴载增加的巨大压力，也对沥青路面提出了更高的安全性，舒适性和耐久性等要求。在温差较大，年均气温较高或较低以及降水丰沛地区，沥青路面会出现车辙，坑槽和低温开裂等病害，路面出现裂缝后，雨水沿裂缝渗透到路面下部结构导致路面发生结构破坏，大大缩短了沥青路面的使用寿命[1-4]。

国内学者发现通过在沥青混合料中添加纤维可以有效提高沥青路面的路用性能，减少早期破坏，延长了路面使用年限。例如吉林省交通规划设计院的刘洋[5]对掺加聚酯纤维的改性沥青混合料进行了马歇尔试验、车辙试验，浸水马歇尔试验，低温弯曲试验和疲劳试验，结果发现：沥青混合料加入聚酯纤维后可以有效提高浸水马歇尔稳定度，低温弯曲的小梁最大弯拉应变，动稳定度及疲劳寿命。吉林大学的朱春凤[6]对添加玻璃纤维的沥青混合料进行正交试验，研究得出：玻璃纤维最佳掺量约为 0.2%，掺加玻璃纤维后，混合料的路用性能如高温稳定性、水稳定性以及低温稳定性有明显改善。上海市市政工程研究院孙家瑛等[7]研究了纤维对提高沥青混合料路用性能的影响，结果表明，在沥青混合料中添加0.25%聚酯纤维及0.3%聚丙烯腈纤维, 可将沥青混合料的稳定度提高约20%～30%，残留稳定度达到90%以上, 高温性能也有明显提升。

借鉴以上研究，拟推荐一种木纤维无机材料用以改善沥青混合料的路用性能，并采用车辙试验、低温弯曲和冻融劈裂试验等室内试验方法，来研究木纤维对不同种类沥青混合料路用性能的影响。

1 原材料选择和技术指标

研究选用的集料为石灰岩，沥青为SBS改性沥青，纤维为重庆某厂提供木纤维，具体性能指标如表1和表2所示。

表1 SBS改性沥青技术指标

表2 木纤维技术指标

2 试验方案

通过在AC-13和SMA-13两种沥青混合料中添加木纤维来验证其对沥青混合料路用性能的影响。AC-13中木纤维掺配剂量为混合料质量的0‰，1‰，2‰，3‰，4‰五种掺量，SMA-13中木纤维掺配剂量为混合料质量的1‰，2‰，3‰，4‰四种掺量，通过车辙试验，小梁低温弯曲试验和冻融劈裂试验来对比研究不同木纤维掺量对2种级配沥青混合料高温稳定性、水稳定性和低温抗裂性能的影响。每组试验进行5个平行试验，取平均值为最终试验结果。由于木纤维具有良好的吸油性能，添加木纤维的沥青混合料最佳油石比会偏大，本文将忽略油石比变化对试验结果的影响，主要研究木纤维对沥青混合料路用性能的作用效果。2种级配的组成如表3所示。

表3 AC-13和SMA-13沥青混合料级配组成

3 试验结果与分析

3.1高温性能

通过车辙试验来对比研究木纤维对沥青混合料的高温性能影响，车辙试验参照JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T 0719-2011规定进行，试验结果如表4和图1所示。

表4 两种级配不同木纤维掺量车辙试验结果

图1 两种级配不同纤维掺量车辙稳定度对比

由表4和图1可知，在车辙试验中添加木纤维能够显著提高两种级配混合料的动稳定度。在AC-13沥青混合料中，当木纤维掺量为4‰时，与不添加木纤维相比，车辙稳定度提高了71.8%，在SMA-13沥青混合料中木纤维掺量为4‰比1‰时车辙稳定度提高94.2%，表明木纤维对间断级配沥青混合料高温性能影响较大，可以明显提高间断级配混合料的高温稳定性。间断级配沥青混合料的动稳定度在同等木纤维掺量条件下比密级配的要高，这是因为间断级配沥青混合料粗集料比例较多从而形成骨架结构，提高了承受外部荷载的能力，因此高温稳定性较密级配沥青混合料好。

2种级配沥青混合料的试验结果表明，木纤维可以显著的提升沥青混合料的抗车辙能力效果。这是因为掺入木纤维后，因其具有较强的的吸附能力可以吸附沥青混合料中的自由沥青，从而提高了结构沥青的比例，并增加了沥青结合料的劲度。在沥青混合料形成桥接加筋作用，能够在混合料内部形成良好的空间网状结构，在车辆荷载作用下，纤维空间网络能有效缓解结构内部应力集中，防止或缓解矿料间的相对滑移，从而提高混合料的高温稳定性。

3.2低温性能

选用沥青混合料弯曲试验来研究木纤维对沥青混合料低温性能的作用效果。试验按JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T 0715—2011规定进行，试验结果如表5和图2所示。

由表5和图2可知，添加木纤维能够显著提高2种级配沥青混合料低温小梁弯曲破坏时的弯拉应变。在在AC-13和SAM-13的沥青混合料中，当木纤维掺量为3‰时，与不添加木纤维相比，密级配沥青混合料最大弯拉应变提高了38.6%。当纤维掺量为4‰时，与添加1‰木纤维相比，间断配沥青混合料最大弯拉应变提高了22.0%，表明木纤维对密级配沥青混合料低温性能影响较大，密级配沥青混合料最大弯拉应变随着纤维掺量增加先增大后减少，在3‰时达到最大值，说明适量木纤维可以通过加筋增韧作用提高沥青混合料的低温抗裂能力，当纤维掺量过多时，木纤维会减少沥青膜厚度，反而导致沥青混合料低温性能下降。对于间断级配沥青混合料由于其油石比较大，故不会因纤维掺量增加而下降，但当纤维掺量超过2‰时低温性能增加变缓，故同样存在纤维最佳掺量。间断级配沥青混合料的最大弯拉应变在同等木纤维掺量条件下比密级配的要高，这是因为间断级配沥青混合料矿粉比例较多，在低温条件下受荷载作用可产生微小变形释放内部应力，减少了裂缝产生，因此低温稳定性较密级配沥青混合料好。

表5 两种级配不同木纤维掺量弯曲破坏试验结果

图2 两种级配不同纤维掺量最大弯拉应变对比

3.3水稳定性

选用冻融劈裂试验来研究木纤维对2种级配沥青混合料水稳定性的作用效果。试验按JTG E20—2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中T 0729—2000规定进行，试验结果如表6和图3所示。

表6 两种级配不同木纤维掺量冻融劈裂验结果

由表6和图3可知，在相同级配沥青混合料冻融劈裂试验中，与不添加木纤维相比，添加4‰木纤维的AC-13沥青混合料劈裂抗拉强度比提高了18.6%。添加4‰木纤维的SMA-13沥青混合料劈裂抗拉强度比比1‰木纤维掺量提高了9.8%，表明木纤维能够提高沥青混合料冻融劈裂抗拉强度。因为木纤维掺入沥青混合料后，有效增加了结构沥青所占的比例，沥青混合料内部结构的衔接性和连续性得到提升，水分对沥青混合料的渗透作用被削弱，动水压力或真空负压抽吸对沥青混合料内部结构的反复冲击循环作用被减少，减小了沥青胶结料与集料表面的剥离，有效改善了沥青混合料的抗水损害能力。

图3 两种级配不同纤维掺量TSR对比

4 结语

（1）通过在AC-13和SMA-13两种沥青混合料中添加适量木纤维，利用较强的的吸附能力可以吸附沥青混合料中的自由沥青，从而提高了结构沥青的比例，并增加了沥青结合料的劲度。在沥青混合料形成桥接加筋作用，能够在混合料内部形成良好的空间网状结构，在车辆荷载作用下，纤维空间网络能有效缓解结构内部应力集中，防止或缓解矿料间的相对滑移，在冻融循环中削弱水分对沥青混合料的渗透作用，减小了沥青胶结料与集料表面的剥离，因此可以有效提高高温稳定性，低温稳定性和水稳定性。当纤维掺量过多时，木纤维会减少沥青膜厚度，反而导致沥青混合料低温性能下降，因此在配合比设计中应选择适量木纤维。SMA-13因其级配结构和多油特点，在同等纤维掺量下，各路用性能均优于AC-13。

（2）在温差较大，年均气温较高或较低以及降水丰沛地区，可以通过添加木纤维来提高沥青路面的各项路用性能，减少各种路面病害产生，防止沥青路面出现早期破坏，有效延长沥青路面使用寿命，具有优良的经济效益和社会效益。

[1]尚志远.超载车辆对沥青混凝土路面的破坏分析[J].公路，2004（5）：19-22.

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[4]彭赛恒，姚勇，陈健，等.云南省沥青混凝土路面早期破坏原因及对策[J].公路，2009（4）：81-84.

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[6]朱春凤. 玻璃纤维改善沥青混凝土性能的理论与实验研究[D].吉林大学,2007.

[7]孙家瑛，任传军，戴亚英.纤维对沥青混合料路用性能影响研究[J].中外公路，2006(2)：175-177.

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1007-6344（2017）05-0058-02