木质素纤维对SMA沥青混合料中沥青用量的影响研究

李培国，李汝凯

(1.重庆交大建设工程质量检测中心有限公司，重庆 400074；2.重庆交通大学，重庆 400074)

1 引 言

纤维作为沥青及沥青混合料的添加剂在国内外已经得到了广泛的应用，且取得了良好效果，近些年来，越来越成为研究的热点。目前，用于沥青路面的纤维主要包括木质素纤维、玻璃纤维、矿物纤维、聚合物纤维、钢纤维等，考虑到性价比因素，目前国内市场上，沥青混合料中木质素纤维使用最广，约占使用比例95%以上。木质素纤维分为颗粒状和絮状，考虑到称量的准确性以及分散均匀性等因素，目前使用最多的为颗粒状木质素纤维。

根据近些年来的研究趋势来看，大多将研究方向聚焦在纤维掺量对沥青混合料路用性能的影响方面，而针对纤维掺量、形状等对沥青混合料中沥青用量的研究并不多见。针对以上问题，本文选择市场上常用的某种木质素纤维，通过分析其形状、掺量等多角度研究其对SMA沥青混合料中沥青用量的影响，以期为后期市场上木质素纤维的使用提供一定的参考价值。

2 沥青混合料试验

2.1 纤维掺量对SMA沥青混合料中沥青用量的影响研究

已有研究表明，SMA沥青混合料配合比设计时，当配合比一定时，木质素纤维掺量的变化主要对沥青混合料的肯塔堡飞散试验以及谢伦堡析漏试验产生较大影响，也就是说，在SMA沥青混合料配合比中，木质素纤维掺量的变化主要影响沥青的用量。为了阐明这一影响，本文采用目前市场上具有代表性的某颗粒状纤维(以下简称1#木质素纤维)按照混合料质量的0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%，掺配比例分别进行肯塔堡飞散试验以及谢伦堡析漏试验。试验前对1#纤维进行打散，并在室内拌和过程中先加入纤维和集料干拌30 s。

按照设定的配合比，采用0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%的纤维掺量分别进行肯塔堡飞散试验以及谢伦堡析漏试验，试验结果见表1～表2和图1～图2。

表1 1#木质素纤维不同掺量下飞散试验结果

表2 1#木质素纤维不同掺量下析漏试验结果

图1 1#木质素纤维不同掺量下飞散试验结果

图2 1#木质素纤维不同掺量下析漏试验结果

分析表1～表2和图1～图2可以得到以下结论。

(1)对于混合料飞散损失试验，随着纤维用量的增加，混合料飞散损失呈现先减小后增大的趋势，说明纤维掺量与沥青用量之间存在一个合适的对应关系，当纤维掺量较少时，无法稳定足够的沥青，沥青胶浆难以形成一个稳定的整体网状结构，导致混合料整体强度偏弱，随着纤维掺量的增加，相对应的沥青用量就会偏少，一方面纤维的吸油能力得不到发挥，另一方面纤维很难在混合料中分散均匀，这种情况下，沥青胶浆也很难形成一个均匀稳定的空间网状结构，从而导致混合料飞散损失量偏高。

(2)对于混合料析漏损失试验，随着纤维掺量的提高，混合料的析漏损失呈现逐渐减小的趋势，这是因为随着纤维用量的提高，纤维吸附的沥青量越来越多，高温下，自由流动的沥青胶浆越来越少，留在烧杯内的沥青胶浆越来越少，混合料析漏损失量越来越少。当纤维掺量为0.3%时，混合料析漏损失基本满足规范要求，如果提高沥青用量，0.3%的纤维掺量的混合料损失结果将无法满足规范要求，说明，在SMA-13沥青混合料配合比中，0.3%的纤维用量是一个下限值。

2.2 纤维形状对SMA沥青混合料中沥青用量的影响研究

目前，国内市场上使用颗粒状木质素纤维时，有些地区直接投放，另一些地区先打散再投放，关于颗粒状纤维要不要打散，分散均匀性有无差异，二者对混合料的沥青用量有无影响一直存在争议，针对此种情况，本文通过颗粒状纤维试验前打散与不打散进行研究。上节中已经对1#纤维打散后进行了试验研究，为了减少试验量，本节仍选择1#木质素纤维进行试验前不打散试验。与上节试验相同，试验时颗粒状纤维首先在室内拌和锅内与集料一起干拌30 s，仍采用1#纤维按照混合料质量的0.3%、0.35%、0.4%、0.45%、0.5%掺配比例分别进行肯塔堡飞散试验以及谢伦堡析漏试验。试验结果见表3～表4，图3～图6。

表3 1#颗粒状木质素纤维不同掺量下飞散试验结果

图3 纤维不同掺量下飞散试验结果

图4 打散与不打散情况下纤维不同掺量下飞散试验结果

表4 1#颗粒状木质素纤维不同掺量下析漏试验结果

图5 纤维不同掺量下析漏试验结果

图6 打散与不打散情况下纤维不同掺量下析漏试验结果

通过以上图表可以得出以下结论。

(1)对于混合料飞散损失试验，同一纤维掺量下，未打散的颗粒状纤维的飞散损失要远大于打散的木质素纤维，说明未打散的颗粒状纤维在混合料中分散不均匀，在拌和锅内存在一定的聚集现象，影响了纤维在混合料中的效能，对纤维的功能发挥有不利影响。

(2)对于混合料析漏损失试验，同一纤维掺量下，未打散的颗粒状纤维的析漏损失要远大于打散的木质素纤维，当纤维掺量在0.3%～0.45%范围内时，析漏损失量过高，无法满足规范要求，说明沥青用量过高，这可能是由于纤维未进行打散，在混合料中分散不够均匀，引起部分沥青胶浆(包括纤维)的积聚，在析漏试验过程中，该部分沥青胶浆粘附在烧杯内壁，造成了沥青用量过高的假象。

4 结 论

本文通过不同纤维掺量、不同纤维形状下的混合料飞散损失试验以及析漏损失试验，可以得出以下结论：

(1)对于混合料飞散损失试验，随着纤维用量的增加，混合料飞散损失呈现先减小后增大的趋势，说明纤维掺量与沥青用量之间存在一个合适的对应关系，这一关系与纤维本身的实际吸油率有关。

(2)对于混合料析漏损失试验，随着纤维掺量的提高，混合料的析漏损失呈现逐渐减小的趋势，且二者之间存在较好的线性关系。在SMA-13沥青混合料配合比中，0.3%的沥青用量是一个下限值，建议在SMA-13沥青混合料中纤维掺加量按照不低于0.4%控制较好。

(3)未打散的颗粒状木质素纤维在混合料中分散不均匀，形成的部分沥青胶浆存在积聚的现象，这种情况一方面会造成沥青混合料整体路用性能的下降，另一方面，在施工中也容易引起路面泛油等现象，对路面抗滑造成不利影响。建议无论是在室内试验还是路面施工过程中，颗粒状木质素纤维在使用前要进行打散。