木質素纖維對透水瀝青混合料路用性能的影響研究

作者簡介：

盧志遠（1988—），工程師，主要從事路橋施工管理工作。

摘要：為研究木質素纖維對透水瀝青混合料路用性能的影響，文章通過制備不同木質素纖維摻量的透水瀝青混合料試件，對比分析了透水瀝青混合料的高溫穩定性能、低溫抗裂性能以及水穩定性能變化規律。結果表明：（1）木質素纖維的摻入可以有效提升透水瀝青混合料的高溫穩定性能，且木質素纖維摻量選擇0.4%時混合料高溫穩定性能最佳;（2）透水瀝青混合料的最大彎拉應變和彎曲勁度模量均隨著木質素纖維摻量的增加而逐漸增大;（3）木質素纖維的摻入可以有效提升透水瀝青混合料的水穩定性能，且木質素纖維摻量選擇0.4%時混合料水穩定性能最佳。

關鍵詞：透水瀝青混合料;木質素纖維;高溫性能;水穩定性能

中國分類號：U416.03A120404

0 引言

近年來，透水瀝青混合料作為一種具有連通空隙的開級配新型混合料，因其優良的降噪性、透水性、抗滑及抗車轍等優點，已在我國排水瀝青路面工程中得到廣泛應用[1]。但由于混合料高孔隙率的原因，導致其抗侵蝕、抗壓以及抗剪切能力均較低，在地形復雜或重荷載地段極易對透水瀝青路面造成破壞[2]。因此，如何有效提升透水瀝青混合料的路用性能已成為亟須研究的重要課題[3-4]。

目前，許多學者提出采用纖維來增強透水瀝青混合料性能，如王子楓等[5]采用玄武巖纖維對透水瀝青路面的力學性能進行改良，發現纖維的摻入提高了PAC-13混合料的有效空隙率和滲水系數，推薦采用0.3%的玄武巖纖維摻量;曹佳偉等[6]通過摻入玄武巖纖維，有效提升了透水瀝青混合料的穩定性、抗變形能力以及抗疲勞開裂性能，推薦玄武巖纖維在透水瀝青混合料中的最佳摻入長度為9.0 mm;王春陽[7]采用玻璃纖維和TPS高粘劑材料制備高性能透水瀝青混合料，發現纖維摻量的增加會在一定程度上提升材料的低溫抗裂性能，高溫性能和水穩性能呈現先上升后下降的趨勢，而透水性影響較小;郭志強[8]在瀝青混合料中加入了不同長度和摻量的短切短纖維，發現當碳纖維長度為3 mm、碳纖維摻量為1%時，瀝青混合料試件具有最大的彎拉應變和動穩定度以及最好的抗凍融劈裂效果。目前，學者對于采用玄武巖纖維來提升透水瀝青混合料性能的研究已相對完善，而關于采用木質素纖維對透水瀝青混合料性能的研究還相對較少?；诖?，本文通過對PAC-13瀝青混合料性能進行研究，并與不同木質素纖維摻量的PAC-13瀝青混合料路用性能進行對比分析，證明了木質素纖維對提升其路用性能的效果。

1 試驗原材料

（1）瀝青：試驗選用SBS改性瀝青，其技術指標如表1所示。

（2）集料：粗集料選用玄武巖碎石，按照《公路工程集料試驗規程》（JTG E42-2005）規范要求測得各項技術指標如表2所示。細集料采用普通機制砂，其表觀密度為2.7 g/cm3，堅固性為7.8%，棱角性（流動時間）為36 s。礦粉選用石灰巖礦粉，其表觀密度為2.82 g/cm3，含水量為1.1%，外觀無團粒結塊。

（3）纖維：選用木質素纖維，按照《瀝青路面用木質素纖維》（JT/T 533-2004）規范要求對其各項指標進行檢測，結果如表3所示。

2 配合比設計

2.1 礦料級配設計

按照《透水瀝青路面技術規程》（CJJ/T 190-2012）規范中PAC-13級配上、下限要求，通過調整各檔礦料比例進行級配設計。PAC-13級配設計如表4所示。

2.2 馬歇爾試驗結果

透水瀝青混合料的最佳瀝青用量可通過飛散試驗和析漏試驗來確定，試驗結果顯示最佳瀝青用量為4.9%。針對最佳瀝青用量的透水瀝青混合料進行馬歇爾試驗，以檢測PAC-13級配設計與最佳瀝青用量是否滿足規范要求，結果如表5所示。

根據表5馬歇爾試驗結果可知，按照該配合比和最佳瀝青用量制備的透水瀝青混合料各項指標均能滿足規范設計要求。

2.3 木質素纖維摻量設計

本文主要研究摻入木質素纖維對透水瀝青混合料路用性能的影響，參考以往對于木質素纖維摻量的研究成果，纖維最佳摻量一般在0.2%～0.5%?；诖?，本次研究分別制備木質素纖維摻量為0、0.2%、0.3%、0.4%及0.5%的透水瀝青混合料試件，采用《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG-20-2011）規范中的車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗、凍融劈裂試驗及浸水馬歇爾試驗方法，分別評價不同木質素纖維摻量透水瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性以及水穩定性能。

3 結果與分析

3.1 高溫性能

為研究木質素纖維對透水瀝青混合料高溫穩定性能的影響，分別針對木質素纖維摻量為0、0.2%、0.3%、0.4%及0.5%的透水瀝青混合料試件進行車轍試驗，得到混合料的動穩定度變化曲線如下頁圖1所示。

根據圖1可知，隨著木質素纖維摻量的增加，透水瀝青混合料的動穩定度呈先增大后減小趨勢變化，說明木質素纖維的摻入對混合料的高溫穩定性能存在一定影響。當纖維摻量由0增至0.4%時，混合料的動穩定度不斷增大，但纖維摻量超過0.4%后，混合料的動穩定度開始逐漸減小，說明過量摻入木質素纖維并不會較大幅度提升透水瀝青混合料的動穩定度。透水瀝青混合料在分別摻入0.2%、0.3%、0.4%及0.5%木質素纖維后，相對于未摻入木質素纖維的混合料動穩定度分別提升了5.3%、9.5%、19%和17.4%，其中木質素纖維摻量為0.4%的透水瀝青混合料動穩定度增幅效果更好。由此說明，木質素纖維的摻入可以有效提升透水瀝青混合料的高溫穩定性能，且木質素纖維摻量選擇0.4%的混合料高溫穩定性能最佳。

3.2 低溫性能

為研究木質素纖維對透水瀝青混合料低溫抗裂性能的影響，分別針對木質素纖維摻量為0、0.2%、0.3%、0.4%及0.5%的透水瀝青混合料試件進行低溫小梁彎曲試驗，得到混合料的最大彎拉應變及彎曲勁度模量變化曲線如圖2所示。

根據圖2可知，隨著木質素纖維摻量的增加，透水瀝青混合料的最大彎拉應變呈不斷增大趨勢變化，說明木質素纖維的摻入可以提升透水瀝青混合料的最大彎拉應變。透水瀝青混合料在分別摻入0.2%、0.3%、0.4%及0.5%木質素纖維后，相對于未摻入木質素纖維的混合料最大彎拉應變分別提升了1.2%、2.5%、5.3%和8%，其中木質素纖維摻量為0.4%和0.5%的透水瀝青混合料動穩定度增幅效果相對明顯。透水瀝青混合料的彎曲勁度模量隨著木質素纖維摻量的增加而增大，說明木質素纖維的摻入同樣可提升透水瀝青混合料的彎曲勁度模量。透水瀝青混合料在分別摻入0.2%、0.3%、0.4%及0.5%木質素纖維后，相對于未摻入木質素纖維的混合料彎曲勁度模量分別提升了21.2%、26.7%、32.4%和37%，其中木質素纖維摻量為0.4%和0.5%的透水瀝青混合料彎勁度模量增幅效果相對明顯。由此說明，木質素纖維的摻入可有效提升透水瀝青混合料的低溫抗裂性能，且纖維摻量越大增幅效果越好。

3.3 水穩定性能

為研究木質素纖維對透水瀝青混合料水穩定性能的影響，針對木質素纖維摻量分別為0、0.2%、0.3%、0.4%及0.5%的透水瀝青混合料試件進行凍融劈裂試驗和浸水馬歇爾試驗，得到混合料的殘留穩定度及凍融劈裂強度比變化曲線如圖3所示。

根據圖3可知，隨著木質素纖維摻量的增加，透水瀝青混合料的殘留穩定度呈先增大后減小變化趨勢。當纖維摻量由0增至0.4%時，混合料的殘留穩定度不斷增大，但纖維摻量超過0.4%后，混合料的殘留穩定度開始逐漸減小;當木質素纖維摻量為0.4%時，透水瀝青混合料殘留穩定度達到最大值為92%，且此時混合料殘留穩定度的增幅效果最好，增幅達8.2%。透水瀝青混合料的凍融劈裂強度比隨著木質素纖維摻量的增加同樣呈先增大后減小變化趨勢。當纖維摻量由0增至0.4%時，混合料的凍融劈裂強度比不斷增大，但纖維摻量超過0.4%后，混合料的凍融劈裂強度比開始逐漸減小;當木質素纖維摻量為0.4%時，混合料的凍融劈裂強度比達到最大值為90%，且此時混合料凍融劈裂強度比的增幅效果最好，增幅達8.4%。由此說明，木質素纖維的摻入可以有效提升透水瀝青混合料的水穩定性能，且木質素纖維摻量選擇0.4%的混合料水穩定性能最佳。

4 結語

本文通過制備不同木質素纖維摻量的透水瀝青混合料試件，并針對混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性及水穩定性進行對比分析，得到以下主要結論：

（1）木質素纖維摻量由0增至0.4%時，混合料的動穩定度不斷增大，但纖維摻量超過0.4%后，混合料的動穩定度開始逐漸減小，其中木質素纖維摻量為0.4%的透水瀝青混合料動穩定度增幅達到19%，效果相對較優。

（2）木質素纖維的摻入可以有效提升透水瀝青混合料的最大彎拉應變和彎曲勁度模量，且木質素纖維摻量越大增幅效果越好，說明摻入木質素纖維可有效提升透水瀝青混合料的低溫抗裂性能。

（3）木質素纖維摻量由0增至0.4%時，混合料的殘留穩定度和凍融劈裂強度比逐漸增大，但纖維摻量超過0.4%后，殘留穩定度和凍融劈裂強度比開始逐漸減小，其中木質素纖維摻量選擇0.4%的混合料水穩定性能最佳。

參考文獻：

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