纤维稳定剂对提高SMA 改性沥青路用性能影响研究

李锋LI Feng

（海南路桥工程有限公司，三亚572000）

0 引言

建设交通强国，是我国在党的十九大会议中提出的宏伟蓝图，从而推动了公路建设领域的发展，是新的机遇，也是新的挑战。道路交通规模的建设不仅是一个国家交通基础设施的名片，更是公路领域建设科技的代名词，能较大的推动民生经济，扩大区域在交通运输经济上的紧密连接。我国的高等级公路建设，照目前数据来看，以沥青混凝土路面为占主要地位。可作为铺设沥青路面的材料类型种类较多，如SBS 改性沥青混合料、SMA 改性沥青混合料、道路石油沥青混合料、乳清沥青混合料等。[7]各类型的沥青性能各有差异，在抵抗变形性能上，选用粗集料可帮助加强抵抗变形的能力，带来的确定就是会造成路面整体体性有所降低，在长时间使用下也容易形成裂缝。但与上述出现的问题相比，沥青路面在高温环境下所带来的一系列问题及影响，更是国内众多学者长期研究的论题。

在高温环境条件下，一旦沥青路面出现各类问题，往往都是不可逆的。高温环境条件下如何做到保持沥青路面原有的各项性能稳定不变是一项艰难的任务，也是沥青路面建设后的一项难题。业内对沥青路面在高温环境条件下发生各类型病害的报道屡见不鲜。沥青路面一旦出现病害问题后，随之带来的影响是伴随其他影响因素致使其抵抗变形的能力大大降低，并在重荷载环境影响下，使沥青路面失去原有的设计使用性能，对沥青路面造成造成的破坏是极大的。我国纵跨北温带与热带，高温地区占比不在少数，夏季时地表温度极易升高，存在很多突破沥青路面材料临界温度的情况，更有甚个别区域出现了极端罕见的高温现象。为了延缓沥青路面各类型病害的发生，国内目前主流的方法是添加各类型的纤维稳定剂加以改善。本文研究目的，旨在对比在不同高温环境条件下，SMA 改性沥青混合料在掺入了0.4%木质纤维素后与未掺入木质纤维素前进行各项性能测试分析比对，从而达到推荐指导是否在建设沥青路面时根据建设地区的气温情况综合考虑使用0.4%木质纤维素，这就是本次试验研究的最终目的。

1 试验方案及原材料准备

1.1 试验方案

本试验方案旨在研究30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃六种温度变化下，SMA 改性沥青混合料与掺入0.4%木质素纤维后的SMA 改性沥青混合料性能进行对比。设计30℃、40℃为沥青路面使用时所能出现的常规温度，50℃、60℃两种温度为国内高温地区在7、8 月份夏季平均温度较高时所处的温度条件，70℃、80℃两种温度模拟的是沥青路面在极端罕见高温气候条件下的使用场景。以上述六种温度条件下，对未掺入0.4%木质素纤维SMA 改性沥青混合料进行性能试验，以此作为对比参照组，用掺入0.4%木质素纤维SMA 改性沥青混合料的进行对比，检测其马歇尔稳定度、流值、动稳定度、变形、单轴蠕变等各项性能，并进行结果分析。[1]

根据相关施工经验和施工技术规范指标，本次试验方案统一采用的改性沥青和各类集料的油石比为5.2%，方案详见图1。

图1 试验流程图

1.2 沥青原材料准备

①本次试验所采用的改性沥青原料技术指标及检验结果详见表1。

表1 改性沥青指标检测结果

从表1 的检测结果数值中可看出，其选用的沥青原材料各项技术指标均满足技术规范要求，所采用的沥青原材料所研究检测得出的各项结果及数据有效性均能够得到有效保证。

②本次研究试验所采用的沥青集料检测质量结果均满足技术规范要求，详见表2、表3。

表2 粗集料质量检测结果

表3 细集料质量检测结果

③本次研究试验所采用的纤维稳定剂为0.4%的木质素纤维，木质素纤维长度为5mm，其检测质量结果均满足技术规范要求，检测结果见表4。[9]

表4 木质素纤维检测结果

2 试验比对结果与性能分析

2.1 马歇尔稳定度试验

将SMA 改性沥青混合料、掺入0.4%木质素纤维后SMA 改性沥青混合料制成马歇尔试验所需的试件并检测合格且稳定后，将其分别置入于30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃的电控恒温容器中存放24h，随后开始进行马歇尔稳定度试，其检测结果如图2、图3 所示。

图2 马歇尔稳定度检测折线图

图3 流值检测折线图

图2 可看出，温度在30℃～50℃时，SMA 改性沥青混合料和掺入0.4%木质素纤维后SMA 改性沥青混合料的马歇尔稳定度对比，几乎没有变化。[6]当温度＞50℃后，SMA改性沥青混合料的下降速率较之掺入0.4%木质素纤维后的SMA 改性沥青混合料明显加快。

图3 可看出，温度在30℃～60℃时，SMA 改性沥青混合料和掺入0.4%木质素纤维后SMA 改性沥青混合料的马歇尔稳定度对比，几乎没有变化。当温度＞60℃后，SMA改性沥青混合料流值变化速率随着温度的升高较之掺入0.4%木质素纤维后的SMA 改性沥青混合料明显加快。

根据图2～图3 可看出，无论SMA 改性沥青混合料是否掺入0.4%的木质素纤维，马歇尔稳定度均满足技术规范要求≥8/kN；流值变化速率为2.5～4.5mm 之间，满足技术规范要求。[4]

本次试验可得出，在掺入0.4%的木质素纤维后，稳定度与流值在数值上均比未掺入0.4%的木质素纤维时马歇尔试验性能更优。

2.2 车辙试验

本试验首先将SMA 改性沥青混合料、掺入0.4%木质素纤维后的SMA 改性沥青混合料车辙试件制成检测合格并待稳定后，将车辙试验仪器温度分别调至30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃。待温度达到上述试验温度且稳定后，分别检测在上述6 种温度下，车辙试件的动稳定度和形变结果，其试验见图4、图5。

图4 动稳定度折线图

图5 动稳定度折线图

根据图4 可看出，温度在30℃～60℃时，SMA 改性沥青混合料和掺入0.4%木质素纤维后SMA 改性沥青混合料的动稳定度对比，几乎没有变化。当温度＞60℃后，SMA改性沥青混合料动稳定度的下降速率较之掺入0.4%木质素纤维后的SMA 改性沥青混合料明显加快。

图5 得知，无论在何种温度下，SMA 改性沥青混合料和掺入0.4%木质素纤维后SMA 改性沥青混合料相比，掺入0.4%木质素纤维后SMA 改性沥青混合料均变形较小。

根据图4～图5 可看出，无论SMA 改性沥青混合料是否掺入0.4%的木质素纤维，其动稳定度指标在6 种试验温度环境条件下均满足技术规范≥800 次/mm 的要求；变形量指标也在可控范围之内。

本次试验可得出，在掺入0.4%的木质素纤维后，动稳定度与变形在数值上均比未掺入0.4%的木质素纤维时性能略优。

2.3 单轴蠕变试验

将SMA 改性沥青混合料、掺入0.4%木质素纤维后的SMA 改性沥青混合料制成满足单轴蠕变试验的圆柱体，待试件检测合格且稳定后，立即进行试验测试。在试验满足要求后置入30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃的电控恒温容器中存放24h，待时间结束后立即取出试件进行性能测试。上述6 种不同温度条件下的黏性劲度模量的检测指标，见图6～图7。

根据图6～图7 单轴蠕变试验得知，无论在何种温度下，SMA 改性沥青混合料和掺入0.4%木质素纤维后SMA改性沥青混合料的黏性劲度模量指标对比，数值都较未掺入木质素纤维时略小。由此可知，在单位压力作用下，掺入0.4%木质素纤维后SMA 改性沥青混合料变形最小。

图6 黏性劲度模量折线图

图7 黏性劲度模量柱形图

本次试验可得出，在掺入0.4%的木质素纤维后，SMA改性沥青混合料性能均比未掺入木质素纤维时性能略优。[2]

3 结论

综上所述，在掺入0.4%木质素纤维的纤维稳定剂后，SMA 改性沥青混合料的高温性能较之未掺入木质素纤维时更优，推荐在国内夏季高温地区的SMA 改性沥青混合料沥青路面使用0.4%木质素纤维的纤维稳定剂，从而达到提高SMA 改性沥青混合料沥青路面各项性能，达到提高行车舒适、延缓路面衰老、减少病害，降低返修率等效果。