不同礦物油對木質素纖維吸油率測試結果影響分析

（上海同濟檢測技術有限公司，上海 200092）

瀝青路面的優點有很多，包括沒有收縮縫，抗滑性能比較好、行車噪聲很低、養護起來也很方便，所以在公路建設里應用較為廣泛。當前交通流量和重載交通迅速增加，使瀝青路面早期就容易發生車轍、松散和裂縫的問題，使得瀝青路面應用性能上受到了一定程度的影響，同時也增加了瀝青路面前期的養護成本。

為了讓瀝青路面的使用性能不斷提高，可以利用纖維材料的添加，幫助瀝青混合料性能得到改善。目前，在工程上較為普遍使用的有木質素纖維、礦物纖維、合成聚合物纖維等，尤其是木質素纖維，因其物理力學性能好，又非常環保，在工程實施時使用的較多。對于木質素纖維而言，在瀝青混合料拌和過程中，它還能夠形成空間網絡結構，具有加筋、吸油、增黏、防析的效用，不僅能夠讓瀝青混合料的力學性能得以提高，而且還具有耐高濕、抗疲勞的功能。木質素纖維功能很強大，主要有吸收油分的作用，這是因為其有微觀多孔結構，促使其可以讓混合料中“自由瀝青”的含量得到減少。現在很多研究人員都在研究木質素纖維類型、木質素纖維摻量、木質素纖維的長度對瀝青混合料性能的影響，很少有研究木質素纖維吸油率的問題。而木質素纖維“吸油率”不小于纖維質量的5 倍，這也是現行JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術規范》中的具體規定。所以，必須在木質素纖維“吸油率”指標上做好嚴控，這是確保木質素纖維瀝青混合料性能的主要因素所在。

然而，現行規范對礦物油品種和標號沒有做詳細規定說明，這給工程應用中的纖維材料選擇造成了一定困擾。本文通過比對試驗和統計分析，全面研究目前公路工程常用纖維品種（絮狀和粒狀木質素纖維）對不同類型和標號礦物油（硅油和煤油）的“吸油率”的影響規律，從而為統一測試標準和控制技術指標提供一定參考。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

（1）礦物油-硅油：考慮到本次研究的目的，采用廣泛應用的甲基硅油（美國道康寧PMX-200 二甲基硅油），按黏度分級有10 cs、100 cs 、350 cs、500 cs、1 000 cs、5 000 cs 等，數值越大，硅油越黏稠，10 cs 接近于水的濃度，350 cs 接近于食用油濃度，1 000 cs 接近于蜂蜜濃度。

（2）礦物油-煤油：用途不同的煤油，化學成分也有所不同。而且即使是同一種煤油，因為制取的方法和產地的不同，在煤油理化性質上也不同。實踐研究中發現，航空煤油密度剛好不容易產生結焦，又有低溫流動性好的優勢。所以，在熱安定性以及抗氧化安定性方面也很好，除了潔凈度很高以外，還沒有有害性的物質，機械雜質和水分都沒有。

（3）木質素纖維：為了進一步保證研究的有效性，選擇了包括不同廠家、不同類型的木質素纖維 16 個樣品。

1.2 試驗方法比選

關于瀝青混合料中使用木質素纖維吸油率指標的測試方法（所用礦物油）在不同的標準中各有闡述，現將各種具體敘述匯總如表1所示。

在上述各標準中所使用的礦物油有硅油和煤油兩種，但沒有強制性規定礦物油品種，因此這兩種油對測試的結果有沒有影響不得而知。綜合考慮各種方法的特點，本文“吸油率”測試統一采用JT/T 533—2004《瀝青路面用木質素纖維》中規定的操作步驟。

1.3 試驗方案

為研究不同礦物油對木質素纖維的“吸油率”影響規律，采用兩種不同的礦物油，即硅油和煤油，同一木質素纖維樣品，用不同礦物油測試“吸油率”的指標，再根據結果找出不同的礦物油對測試結果的影響規律。

（1）試驗采用6 個絮狀的樣品和10 個顆粒狀的樣品。

（2）準備礦物油，包括煤油和硅油，由于硅油具有較多不同黏度等級的產品，因此，本次研究準備了1 個煤油樣品，6 個硅油樣品（10cs、100 cs、350 cs、500 cs、1 000 cs、5 000 cs）。

（3）顆粒狀樣品首先采用小型粉碎機打散成松散狀態，再進行試驗。

（4）每個測試數據取兩個平行試驗結果的平均值。

2 試驗結果及分析

2.1 試驗結果

“吸油率”指標測試結果見表2。其中，6號和11 號樣品在使用1 000 cs、5 000 cs 規格的硅油進行試驗時，硅油與木質素纖維混合后比較黏稠，從而造成兩者分離困難，故在后面的數據分析中，這兩組數據將不參與試驗結果的分析。

2.2 結果分析

對表2 中的測試結果進行歸納分析可知：

（1）使用煤油時，10 個顆粒狀的木質素纖維的吸油率平均值為4.7，6 個絮狀木質素纖維的吸油率平均值為6.3，因此絮狀木質素纖維的吸油率是顆粒狀木質素纖維的吸油率的1.34 倍，這主要是由于顆粒狀樣品中已經預拌部分瀝青或制粒劑等。

（2）對于不同標號（10 ～500 cs）的硅油，木質素纖維的吸油率測試結果隨著硅油標號的增加而增加，主要原因是標號越大，其黏度越高，硅油與纖維分離越困難。

不同礦物油在使用的時候，都要考慮到“吸油率”指標，這也是用好絮狀木質纖維和顆粒狀木質纖維的關鍵。所以要實現二者有效、準確的轉換，這里將木質素纖維對煤油的吸油率均設為1，不同類型木質素纖維對硅油的（各標號）吸油率與煤油的吸油率的按照相應比例進行變換，以便建立有效的轉換公式，同一標準。不同類型木質素纖維對硅油的（各標號）吸油率與煤油的吸油率的比值分別如表3 和表4所示。

表2 木質素纖維吸油率測試結果匯總表（倍數）

表3 木質素纖維對硅油和煤油吸油率倍數關系（粒狀）

表4 木質素纖維對硅油和煤油吸油率倍數關系（絮狀）

根據不同標號硅油測得結果比值的平均值與煤油為1 進行回歸分析，可分別得到不同類型木質素纖維對礦物油的吸油率關系曲線，如圖1所示。

圖1 不同礦物油與纖維吸油率指標關系

由上述試驗所測的數據擬合成模型方程分別為：

R20.969

R20.971

式中：的取值范圍為2 ～5（10 cs、100 cs、350 cs、500 cs），當選擇四種硅油中任一種測試時，所得的吸油率應該是選擇煤油時的 倍。

根據圖1 中兩條回歸直線（或兩回歸方程的斜率）可知：木質素纖維吸油率隨硅油標號增大而線性增加，絮狀纖維受硅油標號影響比粒狀纖維更加顯著。

3 結論

本研究對10 個粒狀木質素纖維樣品、6 個絮狀木質素纖維樣品、1 種煤油、6 種不同規格硅油進行了纖維吸油率指標測試，通過分析得到如下結論：

a）由于顆粒狀樣品中已經預拌部分瀝青或制粒劑等，絮狀木質素纖維的吸油率明顯大于顆粒狀纖維的吸油率，建議兩種纖維的技術指標應該加以區分；

b）對于不同標號（10 ～500 cs）的硅油，絮狀和粒狀木質素纖維吸油率均隨硅油標號增加而增加，絮狀纖維受硅油標號影響比粒狀纖維更加顯著。

c）礦物油品種和標號對木質素纖維吸油率的測試結果影響顯著，建議測試規程中應對礦物油品種和標號進行規定說明。