玉米秸稈纖維改良瀝青混合料路用性能研究

李旺明

摘要：瀝青混合料在公路路面鋪設中得到了廣泛應用，因此通過改良瀝青混合料的路用性能對于節約經濟成本、保證公路安全具有重要意義。文章通過車轍試驗、馬歇爾試驗、凍融強度試驗等對玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的工程特性進行了研究，探討了不摻纖維與摻玉米秸稈纖維瀝青混合料之間的差異，并獲得改良瀝青混合料中玉米秸稈纖維的最佳摻量，為實際工程應用提供了良好的借鑒。

關鍵詞：路面工程;玉米秸稈;纖維改良;瀝青混合料

0 引言

瀝青混合料在公路路面鋪設中得到了廣泛應用，因此通過改良瀝青混合料的路用性能對節約經濟成本、保證公路安全具有重要意義。目前，瀝青混合料的改良手段主要是通過摻加植物纖維、化合物、外加劑等手段實現，但改良效果一直難以真正滿足工程需要[1-4]。

針對改良瀝青混合料的工程性能研究已經比較常見。芮遨宇等[5]為提高瀝青混合料的性能，對復合改良瀝青混合料展開了抗疲勞試驗，發現改良混合料的抗疲勞破壞能力較原材料有大幅度提升。王曉峰[6]對SEBS改性劑在瀝青中的使用進行研究，從EBS改性瀝青膠漿的基本性能、離析程度、低溫性能以及粘結性能進行研究，提出SEBS改性劑的使用能夠有效提高瀝青膠漿和瀝青混合料的工作性能，并且能夠有效延緩老化對瀝青膠漿和瀝青混合料的路用性能的影響，是一種性能良好的改性瀝青。張祥[7]針對電纜復合瀝青加熱路面的融雪效率展開了研究，提出強度變化規律滿足：碳纖維發熱線復合瀝青混合料試件>鎳鉻合金電纜復合瀝青混合料試件>土工格柵電纜復合瀝青混合料試件。許丁斌[8]以陳化6個月的梅山鋼渣改良的瀝青混合料為研究對象，提出表面改性處理的方式能夠有效提高鋼渣在道路工程中的應用性能，拓展鋼渣在道路領域的應用范圍。

本文依托于安徽省某高等級公路建設工程，通過實地現場考察，提出以本區域比較豐富的玉米秸稈為原材料，制備玉米秸稈纖維并研究玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的路用性能，旨在提高公路性能的同時降低工程建設成本。

1 研究背景與試驗設計

1.1 工程背景

本次試驗研究主要依托某高等級公路建設工程，該公路屬于一級公路，區段總長度近20 km，主要承擔地區小型家用轎車及低載卡車的運輸工作。該公路處于安徽省南部，氣候溫暖濕潤，農作物以玉米及水稻為主，考慮到玉米秸稈纖維的力學性質明顯優于水稻秸稈，因此，結合經濟成本因素，本次研究決定采用玉米秸稈纖維進行公路路面瀝青混合料的改良。

1.2 材料制備

本次試驗的研究對象為玉米纖維改良的瀝青混合料。采用機械破碎法從玉米秸稈中獲取纖維材料，之后進行烘干與篩選，經過室內檢測得到玉米秸稈纖維如圖1所示，玉米秸稈纖維的基本物理參數如表1所示。根據相關標準，改良瀝青混合料中植物纖維應滿足平均長度<6 mm、吸油率>5%且pH值處于6.5～8.5之間，由表1可知，本次試驗所選取的玉米秸稈纖維能夠滿足上述要求。進一步對玉米秸稈纖維進行微觀電鏡掃描，由圖1可知，玉米纖維表面凹凸不平，且多處有細枝探出，粗糙度大。

采用70號A級瀝青制備混合料，礦料級配采用AC-16型級配范圍進行取值，制備無纖維及含玉米秸稈纖維兩種試樣，油石比為5%。

1.3 試驗方案

本次對于玉米纖維改良瀝青混合料工程性能試驗主要包括兩個部分：玉米纖維最佳摻量試驗與混合料路用性能試驗。

試驗的第一部分為確定玉米纖維改良瀝青混合料中玉米纖維的最佳配比，設計5個不同纖維摻量的瀝青混合料進行馬歇爾試驗，玉米秸稈纖維的摻量分別為0%、0.1%、0.2%、0.3%以及0.4%，從而可以獲得不同玉米秸稈纖維摻量的玉米瀝青纖維混合料的動穩定度、殘留穩定度、劈裂強度比以及彎曲勁度模量，并基于上述試驗結果分析得到玉米秸稈纖維的最佳摻量。

試驗的第二部分的主要目的是研究玉米秸稈纖維改良的瀝青混合料的路用功能，其主要流程如下：

（1）基于車轍試驗動穩定度與相對變形量評價無纖維瀝青混合料與玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的高溫穩定性。

（2）根據凍融劈裂試驗與浸水馬歇爾試驗結果，對無纖維瀝青混合料與玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的水穩定性進行計算分析。

2 試驗結果分析與討論

2.1 最佳纖維摻量確定

由圖2可知，隨著玉米秸稈纖維摻量的逐漸增加，瀝青混合料的參數均呈現出先上升后下降的變化趨勢，且在玉米秸稈纖維摻量為0.2%時各參數均達到最大值。不摻玉米秸稈纖維的瀝青混合料的動穩定度為1 160 mm/次，殘留穩定度為85.03%，劈裂強度比為83.95%，彎曲勁度模量為2.58 GPa。而當玉米秸稈纖維摻量為0.2%時，上述4個參數分別相對提高18.36%、3.29%、3.57%及8.52%。由此可見，當玉米秸稈纖維摻量為0.2%時，改良瀝青混合料的各項基本物理參數均達到最大值，因此0.2%為玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的最佳摻量。

2.2 耐高溫性研究

采用車轍試驗得出的動穩定度及相對變形量對玉米秸稈纖維改良的瀝青混合料的高溫穩定性進行評價，試驗結果如表2所示。由表2可知，不摻纖維的瀝青混合料動穩定度為1 160 mm/次，摻0.2%玉米秸稈纖維后其動穩定度提升幅度達到18.36%，提升效果明顯，且變異系數更低。相對于無摻瀝青混合料，改良混合料的相對變形量較低，且下降幅度達到27.69%。由于玉米秸稈纖維會主動導致自由瀝青分子的吸附，因此其結構性瀝青更多，穩定性更強。

2.3 水穩性研究

由表3可知，不摻纖維的瀝青混合料與摻玉米秸稈纖維的瀝青混合料的殘留穩定度與劈裂強度比均能夠達到規范要求，但相較于不摻纖維的瀝青混合料，摻玉米秸稈纖維的瀝青混合料的浸水強度與殘留穩定度要更高，同時其凍融強度也更高。分析認為，由于玉米秸稈纖維提高了瀝青混合料內部瀝青的結構性，因此在水分滲入、流動過程中，被水分帶走的瀝青料大幅度減少，因此整體水穩性有著明顯的提高。

3 結語

本文以不摻纖維瀝青混合料與摻玉米秸稈纖維瀝青混合料為研究對象，基于室內試驗深入分析探討了玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的路用性能。主要研究結果如下：

（1）玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的路用性能指標參數隨玉米秸稈纖維摻量的逐漸增加均呈現出先上升后下降的變化趨勢。當玉米秸稈纖維摻量為0.2%時，改良瀝青混合料的各項基本物理參數均達到最大值，因此0.2%為玉米秸稈纖維改良瀝青混合料的最佳摻量。

（2）摻玉米秸稈纖維的瀝青混合料高溫穩定性強于不摻纖維的瀝青混合料。摻0.2%玉米秸稈纖維瀝青混合料的動穩定度相對提升18.36，相對變形量下降達到27.69%。

（3）相較于不摻纖維的瀝青混合料，摻玉米秸稈纖維的瀝青混合料的浸水強度與殘留穩定度要更高，同時其凍融強度也更高。

參考文獻：

[1]王增先.淺析玻璃纖維對溫拌瀝青混合料路用性能的影響[J].中外建筑，2017（6）：247-249.

[2]李詩琦，李闖民，陳 橋.一種新型瀝青混合料添加劑改性瀝青混合料的路用性能試驗研究[J].公路，2017，62（1）：54-59.

[3]趙 健，姬 勇.抗車轍劑（低溫型）瀝青混合料路用性能一例[J].四川水泥，2016（5）：341.

[4]申明麗，姜 鴻.分析硅藻土改性瀝青混合料設計與路面施工技術[J].黑龍江交通科技，2016，39（5）：88-89.

[5]芮遨宇，程 鵬，張 騰，等.復合改性瀝青混合料疲勞耐久性的試驗研究[J].山西建筑，2019，45（1）：90-92.

[6]王曉峰.SEBS改性瀝青膠漿和瀝青混合料的性能研究[D].長春：吉林大學，2018.

[7]張 祥.電纜復合瀝青加熱路面層間穩定性及疲勞性能研究[D].合肥：合肥工業大學，2018.

[8]許丁斌.鋼渣瀝青混合料的材料及性能研究[D].南京：東南大學，2018.