木質(zhì)素纖維對(duì)SMA瀝青混合料中瀝青用量的影響研究

李培國(guó)，李汝凱

(1.重慶交大建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心有限公司，重慶 400074；2.重慶交通大學(xué)，重慶 400074)

1 引 言

纖維作為瀝青及瀝青混合料的添加劑在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，且取得了良好效果，近些年來(lái)，越來(lái)越成為研究的熱點(diǎn)。目前，用于瀝青路面的纖維主要包括木質(zhì)素纖維、玻璃纖維、礦物纖維、聚合物纖維、鋼纖維等，考慮到性價(jià)比因素，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，瀝青混合料中木質(zhì)素纖維使用最廣，約占使用比例95%以上。木質(zhì)素纖維分為顆粒狀和絮狀，考慮到稱量的準(zhǔn)確性以及分散均勻性等因素，目前使用最多的為顆粒狀木質(zhì)素纖維。

根據(jù)近些年來(lái)的研究趨勢(shì)來(lái)看，大多將研究方向聚焦在纖維摻量對(duì)瀝青混合料路用性能的影響方面，而針對(duì)纖維摻量、形狀等對(duì)瀝青混合料中瀝青用量的研究并不多見(jiàn)。針對(duì)以上問(wèn)題，本文選擇市場(chǎng)上常用的某種木質(zhì)素纖維，通過(guò)分析其形狀、摻量等多角度研究其對(duì)SMA瀝青混合料中瀝青用量的影響，以期為后期市場(chǎng)上木質(zhì)素纖維的使用提供一定的參考價(jià)值。

2 瀝青混合料試驗(yàn)

2.1 纖維摻量對(duì)SMA瀝青混合料中瀝青用量的影響研究

已有研究表明，SMA瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)配合比一定時(shí)，木質(zhì)素纖維摻量的變化主要對(duì)瀝青混合料的肯塔堡飛散試驗(yàn)以及謝倫堡析漏試驗(yàn)產(chǎn)生較大影響，也就是說(shuō)，在SMA瀝青混合料配合比中，木質(zhì)素纖維摻量的變化主要影響瀝青的用量。為了闡明這一影響，本文采用目前市場(chǎng)上具有代表性的某顆粒狀纖維(以下簡(jiǎn)稱1#木質(zhì)素纖維)按照混合料質(zhì)量的0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%，摻配比例分別進(jìn)行肯塔堡飛散試驗(yàn)以及謝倫堡析漏試驗(yàn)。試驗(yàn)前對(duì)1#纖維進(jìn)行打散，并在室內(nèi)拌和過(guò)程中先加入纖維和集料干拌30 s。

按照設(shè)定的配合比，采用0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%的纖維摻量分別進(jìn)行肯塔堡飛散試驗(yàn)以及謝倫堡析漏試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1～表2和圖1～圖2。

表1 1#木質(zhì)素纖維不同摻量下飛散試驗(yàn)結(jié)果

表2 1#木質(zhì)素纖維不同摻量下析漏試驗(yàn)結(jié)果

圖1 1#木質(zhì)素纖維不同摻量下飛散試驗(yàn)結(jié)果

圖2 1#木質(zhì)素纖維不同摻量下析漏試驗(yàn)結(jié)果

分析表1～表2和圖1～圖2可以得到以下結(jié)論。

(1)對(duì)于混合料飛散損失試驗(yàn)，隨著纖維用量的增加，混合料飛散損失呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，說(shuō)明纖維摻量與瀝青用量之間存在一個(gè)合適的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)纖維摻量較少時(shí)，無(wú)法穩(wěn)定足夠的瀝青，瀝青膠漿難以形成一個(gè)穩(wěn)定的整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致混合料整體強(qiáng)度偏弱，隨著纖維摻量的增加，相對(duì)應(yīng)的瀝青用量就會(huì)偏少，一方面纖維的吸油能力得不到發(fā)揮，另一方面纖維很難在混合料中分散均勻，這種情況下，瀝青膠漿也很難形成一個(gè)均勻穩(wěn)定的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致混合料飛散損失量偏高。

(2)對(duì)于混合料析漏損失試驗(yàn)，隨著纖維摻量的提高，混合料的析漏損失呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著纖維用量的提高，纖維吸附的瀝青量越來(lái)越多，高溫下，自由流動(dòng)的瀝青膠漿越來(lái)越少，留在燒杯內(nèi)的瀝青膠漿越來(lái)越少，混合料析漏損失量越來(lái)越少。當(dāng)纖維摻量為0.3%時(shí)，混合料析漏損失基本滿足規(guī)范要求，如果提高瀝青用量，0.3%的纖維摻量的混合料損失結(jié)果將無(wú)法滿足規(guī)范要求，說(shuō)明，在SMA-13瀝青混合料配合比中，0.3%的纖維用量是一個(gè)下限值。

2.2 纖維形狀對(duì)SMA瀝青混合料中瀝青用量的影響研究

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上使用顆粒狀木質(zhì)素纖維時(shí)，有些地區(qū)直接投放，另一些地區(qū)先打散再投放，關(guān)于顆粒狀纖維要不要打散，分散均勻性有無(wú)差異，二者對(duì)混合料的瀝青用量有無(wú)影響一直存在爭(zhēng)議，針對(duì)此種情況，本文通過(guò)顆粒狀纖維試驗(yàn)前打散與不打散進(jìn)行研究。上節(jié)中已經(jīng)對(duì)1#纖維打散后進(jìn)行了試驗(yàn)研究，為了減少試驗(yàn)量，本節(jié)仍選擇1#木質(zhì)素纖維進(jìn)行試驗(yàn)前不打散試驗(yàn)。與上節(jié)試驗(yàn)相同，試驗(yàn)時(shí)顆粒狀纖維首先在室內(nèi)拌和鍋內(nèi)與集料一起干拌30 s，仍采用1#纖維按照混合料質(zhì)量的0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%摻配比例分別進(jìn)行肯塔堡飛散試驗(yàn)以及謝倫堡析漏試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3～表4，圖3～圖6。

表3 1#顆粒狀木質(zhì)素纖維不同摻量下飛散試驗(yàn)結(jié)果

圖3 纖維不同摻量下飛散試驗(yàn)結(jié)果

圖4 打散與不打散情況下纖維不同摻量下飛散試驗(yàn)結(jié)果

表4 1#顆粒狀木質(zhì)素纖維不同摻量下析漏試驗(yàn)結(jié)果

圖5 纖維不同摻量下析漏試驗(yàn)結(jié)果

圖6 打散與不打散情況下纖維不同摻量下析漏試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)以上圖表可以得出以下結(jié)論。

(1)對(duì)于混合料飛散損失試驗(yàn)，同一纖維摻量下，未打散的顆粒狀纖維的飛散損失要遠(yuǎn)大于打散的木質(zhì)素纖維，說(shuō)明未打散的顆粒狀纖維在混合料中分散不均勻，在拌和鍋內(nèi)存在一定的聚集現(xiàn)象，影響了纖維在混合料中的效能，對(duì)纖維的功能發(fā)揮有不利影響。

(2)對(duì)于混合料析漏損失試驗(yàn)，同一纖維摻量下，未打散的顆粒狀纖維的析漏損失要遠(yuǎn)大于打散的木質(zhì)素纖維，當(dāng)纖維摻量在0.3%～0.45%范圍內(nèi)時(shí)，析漏損失量過(guò)高，無(wú)法滿足規(guī)范要求，說(shuō)明瀝青用量過(guò)高，這可能是由于纖維未進(jìn)行打散，在混合料中分散不夠均勻，引起部分瀝青膠漿(包括纖維)的積聚，在析漏試驗(yàn)過(guò)程中，該部分瀝青膠漿粘附在燒杯內(nèi)壁，造成了瀝青用量過(guò)高的假象。

4 結(jié) 論

本文通過(guò)不同纖維摻量、不同纖維形狀下的混合料飛散損失試驗(yàn)以及析漏損失試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：

(1)對(duì)于混合料飛散損失試驗(yàn)，隨著纖維用量的增加，混合料飛散損失呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，說(shuō)明纖維摻量與瀝青用量之間存在一個(gè)合適的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這一關(guān)系與纖維本身的實(shí)際吸油率有關(guān)。

(2)對(duì)于混合料析漏損失試驗(yàn)，隨著纖維摻量的提高，混合料的析漏損失呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，且二者之間存在較好的線性關(guān)系。在SMA-13瀝青混合料配合比中，0.3%的瀝青用量是一個(gè)下限值，建議在SMA-13瀝青混合料中纖維摻加量按照不低于0.4%控制較好。

(3)未打散的顆粒狀木質(zhì)素纖維在混合料中分散不均勻，形成的部分瀝青膠漿存在積聚的現(xiàn)象，這種情況一方面會(huì)造成瀝青混合料整體路用性能的下降，另一方面，在施工中也容易引起路面泛油等現(xiàn)象，對(duì)路面抗滑造成不利影響。建議無(wú)論是在室內(nèi)試驗(yàn)還是路面施工過(guò)程中，顆粒狀木質(zhì)素纖維在使用前要進(jìn)行打散。