不同纤维对SMA沥青混凝土性能的影响
来源:用户上传
作者:
摘要：SMA沥青混合料沥青用量较一般沥青混合料大，需要添加专门的纤维稳定剂解决沥青的离析问题。本文通过大量试验，比较三种国内有代表性的木质素纤维、聚酯纤维、矿物纤维的吸油率、拌和和易性以及掺加此三种纤维的SMA沥青混合料的路用性能，以此推荐适合于SMA沥青混合料的价格合理、性能优良的纤维稳定剂。
关键词：SMA纤维稳定剂 吸油率拌和和易性 路用性能
SMA沥青混合料作为一种骨架嵌挤型混合料，具有典型的“三多一少”的特征。为了解决SMA中沥青的稳定性问题，必须在SMA混合料中掺加适量的纤维稳定剂。当前SMA沥青混合料中常用的纤维稳定剂有木质素纤维、聚酯纤维、矿物纤维三类，其中以木质素纤维应用最为普遍。纤维在SMA沥青混合料中的主要作用有以下几方面：（1）纤维保证SMA沥青混合料在储存、运输和摊铺过程中不发生析漏和流淌。（2）纤维可以提高沥青和矿粉形成的玛蹄脂的粘附性，起到增粘的作用，提高混合料的抗剥离性能。本文通过在SMA-13沥青混合料中掺加不同类型纤维，从纤维的施工和易性、SMA沥青混合料的路用性能等几个方面进行比较，比较几种不同纤维对SMA沥青混合料性能的影响。
1纤维类型概述
木质素纤维是天然木材经过化学处理，所含有的木质素和大部分的纤维被分解后，留下来的惰性有机物所形成的一种显纤维结构连。由于是经过高温处理的，所以其化学性质非常稳定，不易被酸碱所腐蚀。
聚酯纤维是以聚酯为主要原料，添加一定的功能母料，通过熔融、挤出、高速喷丝、高倍率拉伸后，经特殊表面处理工艺生产而成。其外观为多根纤维单丝交聚而成的束状结构。聚酯纤维除具有纤维细度大、强度高、易分散的特点，还具有突出的耐高温性能。
矿物纤维是一种无机材料，系采用玄武岩和石灰岩在1600℃高温熔融、编纺、抽丝并经表面处理上胶而成。矿物纤维软化点高（1200℃），具有更好的耐高温能力及低温稳定性。
2采用不同纤维的SMA混合料性能研究
选择国内常用的SMA13级配，分别掺加0.3%木质素纤维，0.3%聚酯纤维，0.4%矿物纤维，分别进行配合比设计，最终确定掺加木质素纤维的SMA13的最佳油石比为6.1%，掺加聚酯纤维的SMA13的最佳油石比为5.8%,掺加矿物纤维的SMA13的最佳油石比为5.6%。然后进行掺加不同纤维的SMA混合料的路用性能试验，比较纤维对SMA沥青混合料性能的影响。
2.1飞散试验
试验条件：将成型的马歇尔试件(双面各击实75次)在20±0.5℃水温下浸泡20小时，然后采用洛杉矶磨耗试验机旋转300次进行飞散测试，试验结果见表2.1-1。从试验结果可以看出三种掺加纤维的沥青混合料的抗飞散能力均满足规范要求。
表2.1-1 飞散试验结果
纤维
类型 飞散率1
（%） 飞散率2（%） 飞散率3（%） 飞散率4（%） 平均值
（%） 要求
（%）
木质素纤维 2.2 2.4 2.3 2.3 2.3 ≤15
聚酯纤维 1.9 2.0 1.8 1.6 1.8
矿物纤维 1.2 1.3 1.7 1.4 1.4
从飞散试验可以看出三种类型的混合料的飞散率均远远低于15％的规范要求。三种类型纤维SMA混合料的飞散率相差不大，说明三种混合料均具有良好的抗飞散性能。
2.2高温性能研究
本次通过高温车辙试验，对比掺加不同纤维稳定剂沥青混合料的高温抗车辙性能。试验参照我国公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ052-2000），进行高温性能比较研究，试验温度为60℃，轮压为0.7MPa。具体试验结果如表2.2-1。
表2.2-160℃车辙试验动稳定度结果（次/mm）
纤维类型 1 2 3 平均值 要求（％） 变异系数（％） 要求（％）
木质素纤维 4846 4500 4846 4731 ≥2500 4.2 ≤20
聚酯纤维 7000 6300 6300 6533 6.2
矿物纤维 7000 7000 7875 7292 6.2
考虑到国内具体气候条件，实验室也对三种沥青混合料进行了70℃动稳定度试验，试验结果见表2.2-2。
表2.2-270℃车辙试验动稳定度结果（次/mm）
纤维类型 1 2 3 平均值 要求（％） 变异系数（％） 要求（％）
木质素纤维 3938 3706 4200 3948 ≥2500 6.3 ≤20
聚酯纤维 5727 5727 6300 5918 5.6
矿物纤维 7000 7000 6300 6767 6.0
改性沥青SMA的由于其良好的骨架嵌挤作用，高温稳定性特别优良。三种SMA混合料的抗车辙性能均较好，满足国内改性沥青混合料设计指标要求，在70℃条件下，三种沥青混合料依然可以满足大于等于2500次/mm的要求。
从动稳定度试验可以看出，5.8％油石比的聚酯纤维和5.6％油石比的矿物纤维沥青混凝土的动稳定度结果均高于6.1％油石比的木质素纤维。为了评价油石比不同对混合料抗车辙的影响，本次同时成型油石比为5.8％的木质素纤维SMA-13车辙板，进行60℃高温车辙试验，与5.8％油石比的聚酯纤维混合料进行比较，试验结果见表2.2-3。
表2.2-360℃车辙试验动稳定度结果（次/mm）
纤维类型 油石比（％） 1 2 3 平均值
木质素纤维 5.8 6300 5727 5727 5918
聚酯纤维 5.8 5727 5727 6300 5918
从表2.2-3可以看出，采用木质素纤维的SMA沥青混合料，当油石比采用5.8％时，混合料的动稳定度与采用相同油石比的聚酯纤维SMA沥青混合料相近。由此可见，一贯认为聚酯纤维、矿物纤维能够显著提高改性沥青SMA混合料的高温抗变形性能的观点值得研究，油石比的变化对于SMA沥青混合料的高温性能影响更大。
参考文献：
[1] JTJ052-2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程。
[2] JTG F40－2004，公路沥青路面施工技术规范。
[3] 沈金安，改性沥青与SMA路面，北京：人民交通出版社，1999。
不同纤维对SMA沥青混凝土性能的影响
方永廉
摘要：SMA沥青混合料沥青用量较一般沥青混合料大，需要添加专门的纤维稳定剂解决沥青的离析问题。本文通过大量试验，比较三种国内有代表性的木质素纤维、聚酯纤维、矿物纤维的吸油率、拌和和易性以及掺加此三种纤维的SMA沥青混合料的路用性能，以此推荐适合于SMA沥青混合料的价格合理、性能优良的纤维稳定剂。
关键词：SMA纤维稳定剂 吸油率拌和和易性 路用性能
SMA沥青混合料作为一种骨架嵌挤型混合料，具有典型的“三多一少”的特征。为了解决SMA中沥青的稳定性问题，必须在SMA混合料中掺加适量的纤维稳定剂。当前SMA沥青混合料中常用的纤维稳定剂有木质素纤维、聚酯纤维、矿物纤维三类，其中以木质素纤维应用最为普遍。纤维在SMA沥青混合料中的主要作用有以下几方面：（1）纤维保证SMA沥青混合料在储存、运输和摊铺过程中不发生析漏和流淌。（2）纤维可以提高沥青和矿粉形成的玛蹄脂的粘附性，起到增粘的作用，提高混合料的抗剥离性能。本文通过在SMA-13沥青混合料中掺加不同类型纤维，从纤维的施工和易性、SMA沥青混合料的路用性能等几个方面进行比较，比较几种不同纤维对SMA沥青混合料性能的影响。
1纤维类型概述
木质素纤维是天然木材经过化学处理，所含有的木质素和大部分的纤维被分解后，留下来的惰性有机物所形成的一种显纤维结构连。由于是经过高温处理的，所以其化学性质非常稳定，不易被酸碱所腐蚀。
聚酯纤维是以聚酯为主要原料，添加一定的功能母料，通过熔融、挤出、高速喷丝、高倍率拉伸后，经特殊表面处理工艺生产而成。其外观为多根纤维单丝交聚而成的束状结构。聚酯纤维除具有纤维细度大、强度高、易分散的特点，还具有突出的耐高温性能。
矿物纤维是一种无机材料，系采用玄武岩和石灰岩在1600℃高温熔融、编纺、抽丝并经表面处理上胶而成。矿物纤维软化点高（1200℃），具有更好的耐高温能力及低温稳定性。
2采用不同纤维的SMA混合料性能研究
选择国内常用的SMA13级配，分别掺加0.3%木质素纤维，0.3%聚酯纤维，0.4%矿物纤维，分别进行配合比设计，最终确定掺加木质素纤维的SMA13的最佳油石比为6.1%，掺加聚酯纤维的SMA13的最佳油石比为5.8%,掺加矿物纤维的SMA13的最佳油石比为5.6%。然后进行掺加不同纤维的SMA混合料的路用性能试验，比较纤维对SMA沥青混合料性能的影响。
2.1飞散试验
试验条件：将成型的马歇尔试件(双面各击实75次)在20±0.5℃水温下浸泡20小时，然后采用洛杉矶磨耗试验机旋转300次进行飞散测试，试验结果见表2.1-1。从试验结果可以看出三种掺加纤维的沥青混合料的抗飞散能力均满足规范要求。
表2.1-1 飞散试验结果
纤维
类型 飞散率1
（%） 飞散率2（%） 飞散率3（%） 飞散率4（%） 平均值
（%） 要求
（%）
木质素纤维 2.2 2.4 2.3 2.3 2.3 ≤15
聚酯纤维 1.9 2.0 1.8 1.6 1.8
矿物纤维 1.2 1.3 1.7 1.4 1.4
从飞散试验可以看出三种类型的混合料的飞散率均远远低于15％的规范要求。三种类型纤维SMA混合料的飞散率相差不大，说明三种混合料均具有良好的抗飞散性能。
2.2高温性能研究
本次通过高温车辙试验，对比掺加不同纤维稳定剂沥青混合料的高温抗车辙性能。试验参照我国公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTJ052-2000），进行高温性能比较研究，试验温度为60℃，轮压为0.7MPa。具体试验结果如表2.2-1。
表2.2-160℃车辙试验动稳定度结果（次/mm）
纤维类型 1 2 3 平均值 要求（％） 变异系数（％） 要求（％）
木质素纤维 4846 4500 4846 4731 ≥2500 4.2 ≤20
聚酯纤维 7000 6300 6300 6533 6.2
矿物纤维 7000 7000 7875 7292 6.2
考虑到国内具体气候条件，实验室也对三种沥青混合料进行了70℃动稳定度试验，试验结果见表2.2-2。
表2.2-270℃车辙试验动稳定度结果（次/mm）
纤维类型 1 2 3 平均值 要求（％） 变异系数（％） 要求（％）
木质素纤维 3938 3706 4200 3948 ≥2500 6.3 ≤20
聚酯纤维 5727 5727 6300 5918 5.6
矿物纤维 7000 7000 6300 6767 6.0
改性沥青SMA的由于其良好的骨架嵌挤作用，高温稳定性特别优良。三种SMA混合料的抗车辙性能均较好，满足国内改性沥青混合料设计指标要求，在70℃条件下，三种沥青混合料依然可以满足大于等于2500次/mm的要求。
从动稳定度试验可以看出，5.8％油石比的聚酯纤维和5.6％油石比的矿物纤维沥青混凝土的动稳定度结果均高于6.1％油石比的木质素纤维。为了评价油石比不同对混合料抗车辙的影响，本次同时成型油石比为5.8％的木质素纤维SMA-13车辙板，进行60℃高温车辙试验，与5.8％油石比的聚酯纤维混合料进行比较，试验结果见表2.2-3。
表2.2-360℃车辙试验动稳定度结果（次/mm）
纤维类型 油石比（％） 1 2 3 平均值
木质素纤维 5.8 6300 5727 5727 5918
聚酯纤维 5.8 5727 5727 6300 5918
从表2.2-3可以看出，采用木质素纤维的SMA沥青混合料，当油石比采用5.8％时，混合料的动稳定度与采用相同油石比的聚酯纤维SMA沥青混合料相近。由此可见，一贯认为聚酯纤维、矿物纤维能够显著提高改性沥青SMA混合料的高温抗变形性能的观点值得研究，油石比的变化对于SMA沥青混合料的高温性能影响更大。
参考文献：
[1] JTJ052-2000，公路工程沥青及沥青混合料试验规程。
[2] JTG F40－2004，公路沥青路面施工技术规范。
[3] 沈金安，改性沥青与SMA路面，北京：人民交通出版社，1999。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-576470.htm
