不同矿物油对木质素纤维吸油率测试结果影响分析

（上海同济检测技术有限公司，上海 200092）

沥青路面的优点有很多，包括没有收缩缝，抗滑性能比较好、行车噪声很低、养护起来也很方便，所以在公路建设里应用较为广泛。当前交通流量和重载交通迅速增加，使沥青路面早期就容易发生车辙、松散和裂缝的问题，使得沥青路面应用性能上受到了一定程度的影响，同时也增加了沥青路面前期的养护成本。

为了让沥青路面的使用性能不断提高，可以利用纤维材料的添加，帮助沥青混合料性能得到改善。目前，在工程上较为普遍使用的有木质素纤维、矿物纤维、合成聚合物纤维等，尤其是木质素纤维，因其物理力学性能好，又非常环保，在工程实施时使用的较多。对于木质素纤维而言，在沥青混合料拌和过程中，它还能够形成空间网络结构，具有加筋、吸油、增黏、防析的效用，不仅能够让沥青混合料的力学性能得以提高，而且还具有耐高湿、抗疲劳的功能。木质素纤维功能很强大，主要有吸收油分的作用，这是因为其有微观多孔结构，促使其可以让混合料中“自由沥青”的含量得到减少。现在很多研究人员都在研究木质素纤维类型、木质素纤维掺量、木质素纤维的长度对沥青混合料性能的影响，很少有研究木质素纤维吸油率的问题。而木质素纤维“吸油率”不小于纤维质量的5 倍，这也是现行JTG F40—2004《公路沥青路面施工技术规范》中的具体规定。所以，必须在木质素纤维“吸油率”指标上做好严控，这是确保木质素纤维沥青混合料性能的主要因素所在。

然而，现行规范对矿物油品种和标号没有做详细规定说明，这给工程应用中的纤维材料选择造成了一定困扰。本文通过比对试验和统计分析，全面研究目前公路工程常用纤维品种（絮状和粒状木质素纤维）对不同类型和标号矿物油（硅油和煤油）的“吸油率”的影响规律，从而为统一测试标准和控制技术指标提供一定参考。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

（1）矿物油-硅油：考虑到本次研究的目的，采用广泛应用的甲基硅油（美国道康宁PMX-200 二甲基硅油），按黏度分级有10 cs、100 cs 、350 cs、500 cs、1 000 cs、5 000 cs 等，数值越大，硅油越黏稠，10 cs 接近于水的浓度，350 cs 接近于食用油浓度，1 000 cs 接近于蜂蜜浓度。

（2）矿物油-煤油：用途不同的煤油，化学成分也有所不同。而且即使是同一种煤油，因为制取的方法和产地的不同，在煤油理化性质上也不同。实践研究中发现，航空煤油密度刚好不容易产生结焦，又有低温流动性好的优势。所以，在热安定性以及抗氧化安定性方面也很好，除了洁净度很高以外，还没有有害性的物质，机械杂质和水分都没有。

（3）木质素纤维：为了进一步保证研究的有效性，选择了包括不同厂家、不同类型的木质素纤维 16 个样品。

1.2 试验方法比选

关于沥青混合料中使用木质素纤维吸油率指标的测试方法（所用矿物油）在不同的标准中各有阐述，现将各种具体叙述汇总如表1所示。

在上述各标准中所使用的矿物油有硅油和煤油两种，但没有强制性规定矿物油品种，因此这两种油对测试的结果有没有影响不得而知。综合考虑各种方法的特点，本文“吸油率”测试统一采用JT/T 533—2004《沥青路面用木质素纤维》中规定的操作步骤。

1.3 试验方案

为研究不同矿物油对木质素纤维的“吸油率”影响规律，采用两种不同的矿物油，即硅油和煤油，同一木质素纤维样品，用不同矿物油测试“吸油率”的指标，再根据结果找出不同的矿物油对测试结果的影响规律。

（1）试验采用6 个絮状的样品和10 个颗粒状的样品。

（2）准备矿物油，包括煤油和硅油，由于硅油具有较多不同黏度等级的产品，因此，本次研究准备了1 个煤油样品，6 个硅油样品（10cs、100 cs、350 cs、500 cs、1 000 cs、5 000 cs）。

（3）颗粒状样品首先采用小型粉碎机打散成松散状态，再进行试验。

（4）每个测试数据取两个平行试验结果的平均值。

2 试验结果及分析

2.1 试验结果

“吸油率”指标测试结果见表2。其中，6号和11 号样品在使用1 000 cs、5 000 cs 规格的硅油进行试验时，硅油与木质素纤维混合后比较黏稠，从而造成两者分离困难，故在后面的数据分析中，这两组数据将不参与试验结果的分析。

2.2 结果分析

对表2 中的测试结果进行归纳分析可知：

（1）使用煤油时，10 个颗粒状的木质素纤维的吸油率平均值为4.7，6 个絮状木质素纤维的吸油率平均值为6.3，因此絮状木质素纤维的吸油率是颗粒状木质素纤维的吸油率的1.34 倍，这主要是由于颗粒状样品中已经预拌部分沥青或制粒剂等。

（2）对于不同标号（10 ～500 cs）的硅油，木质素纤维的吸油率测试结果随着硅油标号的增加而增加，主要原因是标号越大，其黏度越高，硅油与纤维分离越困难。

不同矿物油在使用的时候，都要考虑到“吸油率”指标，这也是用好絮状木质纤维和颗粒状木质纤维的关键。所以要实现二者有效、准确的转换，这里将木质素纤维对煤油的吸油率均设为1，不同类型木质素纤维对硅油的（各标号）吸油率与煤油的吸油率的按照相应比例进行变换，以便建立有效的转换公式，同一标准。不同类型木质素纤维对硅油的（各标号）吸油率与煤油的吸油率的比值分别如表3 和表4所示。

表2 木质素纤维吸油率测试结果汇总表（倍数）

表3 木质素纤维对硅油和煤油吸油率倍数关系（粒状）

表4 木质素纤维对硅油和煤油吸油率倍数关系（絮状）

根据不同标号硅油测得结果比值的平均值与煤油为1 进行回归分析，可分别得到不同类型木质素纤维对矿物油的吸油率关系曲线，如图1所示。

图1 不同矿物油与纤维吸油率指标关系

由上述试验所测的数据拟合成模型方程分别为：

R20.969

R20.971

式中：的取值范围为2 ～5（10 cs、100 cs、350 cs、500 cs），当选择四种硅油中任一种测试时，所得的吸油率应该是选择煤油时的 倍。

根据图1 中两条回归直线（或两回归方程的斜率）可知：木质素纤维吸油率随硅油标号增大而线性增加，絮状纤维受硅油标号影响比粒状纤维更加显著。

3 结论

本研究对10 个粒状木质素纤维样品、6 个絮状木质素纤维样品、1 种煤油、6 种不同规格硅油进行了纤维吸油率指标测试，通过分析得到如下结论：

a）由于颗粒状样品中已经预拌部分沥青或制粒剂等，絮状木质素纤维的吸油率明显大于颗粒状纤维的吸油率，建议两种纤维的技术指标应该加以区分；

b）对于不同标号（10 ～500 cs）的硅油，絮状和粒状木质素纤维吸油率均随硅油标号增加而增加，絮状纤维受硅油标号影响比粒状纤维更加显著。

c）矿物油品种和标号对木质素纤维吸油率的测试结果影响显著，建议测试规程中应对矿物油品种和标号进行规定说明。