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摘要：为了研究木质素纤维和矿物纤维对SMA路用性能的影响，本文通过对某高速公路路面SMA-10目标配合比设计，进行了沥青混合料路用性能试验。选用木质素纤维和矿物纤维，木质素纤维的掺量为3‰，矿物纤维的添加量为4‰。通过残留稳定度试验和冻融劈裂试验，分析了两种纤维对SMA-10水稳定性影响；又做了车辙试验研究了木质素纤维和矿物纤维对SMA-10的高温稳定性的影响。通过试验，发现掺加木质素纤维SMA-10的抗水损害要优于掺加矿物纤维SMA-10，而掺加矿物纤维SMA-10的高温性能比掺加木质素纤维SMA-10要好。
关键词：SMA混合料；木质素纤维；矿物纤维；路用性能
1、原材料性能及级配选择
1.1沥青
本文选用的沥青为SBS改性沥青，由江阴市宝利沥青有限公司提供，其质量检测合格。
1.2集料
粗集料为镇江生产的玄武岩碎石，石屑（0-3mm）为望城的石灰岩，矿粉采用石灰岩粉，以上各项物理性质指标合格。
1.3纤维稳定剂
纤维分别采用上海捷漫贸易发展有限公司生产的木质素纤维、玄武岩矿物纤维，厂家提供的各项指标。
1.4级配
关于SMA-10的配合比设计，根据《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ F40-2004）中的有关条文规定，通常情况下用于SMA路面的木质素纤维掺量不宜低于3‰，矿物纤维不宜低于4‰。本文选择木质素纤维的掺量为3‰，矿物纤维的掺量为4‰。在各项设计指标满足要求的前提下，确定SMA-10的级配。
2、纤维对SMA-10性能影响的试验研究
2.1两种纤维对SMA-10水稳定性影响
沥青路面是一种将沥青作为结合料粘结集料修筑的面层与各基层垫层组成的路面结构。沥青结合料可以增强了矿料间的粘结力，提高了混合料的强度和稳定性，使路面的使用质量和耐久性都得到提高。沥青与集料之间的粘结强度决定了沥青路面的耐久性，而水和矿料之间的作业一定程度上破坏了沥青与集料的粘结性，是影响沥青路面耐久性的主要因素。
2.1.1残留稳定度试验
根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）的规定，残留稳定度试验将两组马歇尔试件放在60℃恒温水中分别持续30min和48h后检测稳定度后来评价混合料的水稳性，其残留稳定度计算公式如[1]（1）：
（1）
式中：MS0—试件的浸水残留稳定度（%）；
MS1—试件浸水48h后的稳定度（KN）；
MS—试件浸水30min后的稳定度（KN）。
残留稳定度实验数据如表1所示。
注：SMA-10M表示掺加木质素纤维的SMA-10；SMA-10K表示掺加矿物纤维的SMA-10。
掺入纤维可以加强混合料沥青含量的结构性，提高沥青与集料之间的粘结力，加强沥青混合料抵抗水分的剥落能力，从而提高混合料的残留稳定度。从表2的两种纤维残留稳定度比较来看，两种纤维SMA的残留稳定度相差不大，但掺加木质素纤维的作用比掺加矿物纤维的好，这与木质素纤维的加入使混合料最佳沥青用量增加较多有关。
2.1.2冻融劈裂试验
将制作好的马歇尔试件随机分成两组，第一组在室温下保持备用，第二组试件先在负压条件下保持15min，再在常压下泡水30min，取出试件放入塑料袋中加入约10ml水，扎紧袋口放入温度为-18℃±2℃冰箱中冰冻16h±1h，试件取出后立即放入60℃±0.5℃恒温水中撤去熟料袋保温24h。将第一组与第二组试件全部浸入温度为25℃±0.5℃恒温水槽中不少于2h，然后取出试件测试劈裂强度。通过劈裂强度比来评价沥青材料的冻融稳定性，其计算公式如（2）：
（2）
式中：ΤSR—劈裂强度比（%）；
R1—未经冻融循环的第一组试件的劈裂强度（MPa）；
R2—冻融循环后第二组试件的劈裂强度（MPa）。
冻融劈裂实验数据如表2所示。
缠入纤维后，由于纤维对沥青的吸附作用，使混合料增加了结构沥青的含量，沥青与集料形成的沥青胶状体可以有效提高抗冻融循环的破坏能力。从表3中可以看出，SMA-10M相对于SMA-10K的劈裂强度比较高，故前者具有更好的水稳定性。
2.2两种纤维对SMA-10的高温稳定性影响
高温稳定性是指在较高气温条件下，沥青路面在交通荷载的作用下抵抗车辙、推移等永久变形的能力。在高温条件下，由于沥青和集料之间的粘结力降低，导致沥青混合料的抗剪强度和抗变形能力降低，容易引起路面的滑移和错位，发生剪切破坏。
车辙试验是常见的评价沥青路面抵抗高温条件下流动变形能力的方法，车辙试验是通过车轮在板状试件上往复运动使试件在重复荷载下不断受到剪切作用和推移作用，从而产生车辙。试件分掺入木质素纤维和矿物纤维，在最佳沥青用量条件下制成500mm×500mm×100mm的车辙试模，试验温度60℃，采用直径200mm，宽50mm的轮胎往复运动碾压，轮压0.7MPa，碾压频率为42次/min。车辙试验通常进行1h或最大变形到25mm为止，其动稳定度DS（次／mm）按下式计算（3）。
（3）
式中：d1—对应于时间 的变形量，mm；
d2—对应于时间 的变形量，mm。
实验数据如表3：
回归方程可表示为（4）：
Υ =ΚΧ + b（4）
k越小，车辙的动稳定度越大；b可以表示为车辙试件的早期变形量，b越小，混合料的压实效果越好。
从表2~4及图1可以看出，SMA-10K的动稳定度明显大于木质素纤维混合料，说明SMA-10K比SMA-10M有较好的抗车辙性能。
3、结论
1）从残留稳定度来看，不同纤维对混合料的抗水损害能力影响并不大，木质素纤维抗水损害能力略好，这与木质素纤维的添加使沥青用量增多有关。对冻融劈裂试验来说SMA-10M的TSR比SMA-10K的高，则SMA-10M的水稳定性较SMA-10K的好。
2）对车辙试验进行回归分析，减少由于位移突变带来的动稳定的误差。从动稳定度数据上来看，SMA-10K的高温性能比SMA-10M的要强。
3）得到动稳定度的一个回归方程：Υ=ΚΧ+b，k越小，车辙的动稳定度越大；b可以表示为车辙试件的早期变形量，b越小，混合料的压实效果越好。
参考文献
[1] JTJ 052-2000公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2000．
[2]杨红辉,袁宏伟,郝培文,戴经梁.木质素纤维沥青混合料路用性能研究[J].公路交通科技，2003，20（4）：10-11．
[3]王辉.不同纤维对SMA路用性能影响研究[D].长沙：长沙理工大学，2007.
论文作者:朱子剑,陈瑞
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/11
标签：沥青论文; 木质素论文; 纤维论文; 矿物纤维论文; 车辙论文; 稳定论文; 性能论文; 《基层建设》2016年8期论文;