CN108558282A - 基于sma13沥青混合料路用性能的复合纤维掺配方案 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于SMA13沥青混合料路用性能的复合纤维掺配方案，包括有两种纤维稳定剂以及SBS改性沥青；所述的两种纤维稳定剂，一种是矿物棉纤维，另一种是颗粒状木质素纤维；纤维掺量：以SBS改性沥青混合料质量百分数计，两种纤维的总掺量为0.3％，二者掺加比例为1：1，即两种纤维的掺量分别为0.15％、0.15％。当矿物棉纤维和颗粒状木质素纤维比例为1：1、总掺量为0.3％时，SMA13的高温稳定性、水稳定性较单一纤维均有较大提升，低温抗裂性略有下降但不明显，所以可以认为此种情况下SMA13的路用性能最佳，为今后大规模生产复合纤维提供了理论依据。

Description

基于SMA13沥青混合料路用性能的复合纤维掺配方案

技术领域

本发明涉及道路工程领域技术，尤其是指一种基于SMA13沥青混合料路用性能的复合纤维掺配方案。

背景技术

随着经济的快速发展，公路交通行业发生了日新月异的变化，现代交通向着速度快、密度大、轴载重、渠化分明的方向发展，这对公路建设及养护部门提出了更高的要求。沥青路面具有平整度好、施工简便等方面的优势，成为主要的路面结构，但是沥青路面在实际使用中存在许多技术和质量方面的问题，比如早期破损、推移、拥包、车辙、开裂、卿浆、表面性能快速降低以及使用寿命不足等，这些问题一直以来都是道路工作者关注的焦点。

近年来，在沥青混合料中掺加纤维以提高沥青路面的使用性能的方法受到了普遍的关注，并进行了大量的研究。通过近年来国内外研究可知，纤维对沥青混合料路用性能的改善作用较为明显，能有效提高沥青路面的高低温性能及水稳定性，但这些研究中的对象绝大部分都是单一纤维，对于复合纤维情况少有研究。在道路工程实际中，木质素纤维、矿物纤维比较常用，其中矿物棉纤维是将各类矿物原料经融熔、成纤并用不同有机、无机试剂表面处理后制成的棉絮状纤维。其成本比较昂贵，直径均匀性差，在混合料拌合时容易发生结团，不能完全分散，对沥青路面的路用性能改善不明显，路面使用寿命较短；颗粒状木质素纤维是由90％的来源于原木的木质素纤维和10％的造粒剂(如沥青、石蜡等)加工而成的，属于植物纤维，对人体和自然环境无不良影响。在混合料中拌合时，颗粒状木质素纤维相当于预先分散过，所以拌合生产出来的混合料均匀性、和易性较好，但缺点是纤维易吸水，造成混合料水稳定性差，影响其耐久性。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种基于SMA13沥青混合料路用性能的复合纤维掺配方案，其复合纤维SMA13沥青混合料的路用性能良好，高温稳定性、水稳定性较单一纤维混合料均有较大提升，低温抗裂性略有下降但不明显。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种基于SMA13沥青混合料路用性能的复合纤维掺配方案，包括有两种纤维稳定剂以及SBS改性沥青；

所述的两种纤维稳定剂，一种是矿物棉纤维，另一种是颗粒状木质素纤维；纤维掺量：以SBS改性沥青混合料质量百分数计，两种纤维的总掺量为0.3％，二者掺加比例为1：1，即两种纤维的掺量分别为0.15％、0.15％。

优选的，包括以下步骤：

按照设计级配，在最佳油石比条件下成型马歇尔试件，在成型复合纤维沥青混合料马歇尔试件过程中，预先称取质量均为1.8g的矿物棉纤维和颗粒状木质素纤维，并将两种纤维在试验盆中搅拌均匀，然后同粗细集料一起倒入搅拌锅中干拌90s，再加入一定质量的SBS改性沥青同样搅拌90s，最后同时加入矿粉和水泥搅拌60s，整个搅拌过程持续4分钟以使复合纤维在SBS改性沥青混合料中最大程度地分散均匀。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：

综合分析路用性能试验结果可得，当矿物棉纤维和颗粒状木质素纤维比例为1：1、总掺量为0.3％时，SMA13的高温稳定性、水稳定性较单一纤维均有较大提升，低温抗裂性略有下降但不明显，所以可以认为此种情况下SMA13的路用性能最佳，为今后大规模生产复合纤维提供了理论依据。

具体实施方式

本发明揭示了一种基于SMA13沥青混合料路用性能的复合纤维掺配方案，包括有两种纤维稳定剂以及SBS改性沥青；

所述的两种纤维稳定剂，一种是矿物棉纤维，另一种是颗粒状木质素纤维；纤维掺量：以SBS改性沥青混合料质量百分数计，两种纤维的总掺量为0.3％，二者掺加比例为1：1，即两种纤维的掺量分别为0.15％、0.15％。

包括以下步骤：

按照设计级配，在最佳油石比(6.21％)条件下成型马歇尔试件，在成型复合纤维沥青混合料马歇尔试件过程中，预先称取质量均为1.8g的矿物棉纤维和颗粒状木质素纤维(一个标准的马歇尔试件质量按1200g计)，并将两种纤维在试验盆中搅拌均匀，然后同质量为1129.8g的粗细集料一起倒入搅拌锅中干拌90s，再加入质量为70.2g的SBS改性沥青同样搅拌90s，最后同时加入矿粉和水泥搅拌60s，整个搅拌过程持续4分钟以使复合纤维在SBS改性沥青混合料中最大程度地分散均匀。

此时拌合生产出来的即是复合纤维比例为1：1、总掺量为0.3％的SMA13沥青混合料。经试验研究，其高温稳定性、低温抗裂性及水稳定性均满足规范要求且整体上优于单一纤维沥青混合料，可以为今后大规模生产复合纤维提供了理论依据。

具体分析如下：

将矿物棉纤维和颗粒状木质素纤维的质量比例分为0：1、1：3、1：1、3：1、1：0五种，其中0：1、1：0分别表示只掺加颗粒状木质素纤维和只掺加矿物棉纤维，用于与复合纤维混合料作横向对比，两种纤维总掺量为混合料质量的0.3％，通过马歇尔试验确定SMA13在不同纤维比例下的最佳油石比，按照设计级配，分别采用5.8％、6.1％、6.4％三种油石比成型马歇尔试件并测试和计算马歇尔试件的体积参数和力学指标，结果见下表1。

表1 SMA13沥青混合料马歇尔试验的结果

按表1中的试验结果，分别绘制毛体积相对密度、空隙率、稳定度、VMA、VFA与油石比的关系曲线。当设计空隙率定为4％时，五种不同纤维比例SMA13的油石比分别为6.15％、6.18％、6.21％、6.24％、6.27％，并且在此油石比下，试件的矿料间隙率、沥青饱和度、混合料粗集料间隙率VCAmix和矿质混合料粗集料间隙率VCADRC的关系均满足要求，所以选择五种纤维比例SMA13的最佳油石比为6.15％、6.18％、6.21％、6.24％、6.27％。在此五种最佳油石比条件下成型试件进行路用性能试验研究。

(1)高温稳定性

采用高温车辙试验得到的动稳定度指标来评价不同纤维比例SMA13的高温稳定性，试验结果如下表2所示。

表2不同纤维比例SMA13车辙试验结果

(2)低温抗裂性

本试验研究中采用低温小梁弯曲试验(-10℃)对沥青混合料做低温性能的评价。将破坏弯拉应变με作为SMA13的低温评价指标，结果如下表3所示。

表3不同纤维比例SMA13低温弯曲试验结果

(3)水稳定性

采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价不同纤维比例SMA13混合料的水稳定性，结果如下表4所示。

表4不同纤维比例SMA13水稳定性试验结果

本发明的有益效果如下：

在SMA中掺加纤维已成为一种提高沥青面层路用性能的普遍手段，但绝大部分都是单一纤维，对于复合纤维情况少有研究。本文研究了复合两种纤维后SMA13的路用性能并与单一纤维混合料作横向对比。分析两种纤维在何种比例下SMA13的路用性能最佳，为今后大规模生产复合纤维提供了理论依据，具体来说：

1、在高温性能方面：由车辙试验结果可知，五种纤维比例下SMA13的动稳定度均不小于3000次/mm，满足规范要求。其中，当两种纤维的比例为1：1时，动稳定度达到最大值7303次/mm，表明此时混合料的高温稳定性最好，比单一掺加木质素纤维和矿物棉纤维时分别提高了42.4％和34.5％，原因是复合纤维在混合料中的分散性和均匀性达到最佳，对混合料的桥接和加筋作用非常明显。同时可以看出掺入矿物棉纤维时的动稳定度大于单一掺加颗粒状木质素纤维时的稳定度，表明矿物棉纤维在改善混合料高温性能方面是优于颗粒状木质素纤维的。

2、在低温性能方面：由低温弯曲试验结果可知，五种纤维比例下混合料的最大弯拉应力均满足规范要求。当比例为0：1即采用单一颗粒状木质素纤维时最大弯拉应变达到最大值3111με，表明此时混合料的低温抗裂性最好。相反，当纤维比例为1：1时，最大弯拉应变最小，因为此时复合纤维的分散性和均匀性达到最佳，对混合料的桥接和加筋作用非常明显，从而减小了混合料的变形能力，即降低了混合料的低温抗裂性，不过相比0：1时也只下降了5.7％，可见复合纤维是降低了混合料的低温性能，但是影响并不是很明显。

3、在水稳定性方面：由浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验结果可知，五种纤维比例下混合料的残留稳定度和冻融劈裂强度比均大于80％，表明水稳定性满足规范要求。当纤维比例为1：1时残留稳定度和冻融劈裂强度比均达到最大值，表明此时混合料的水稳定性最佳。相比单一掺加颗粒状木质素纤维和矿物棉纤维，残留稳定度分别提高了4.9％和3.7％，冻融劈裂强度比分别提高了4.6％和3.4％。同时可以看出，单一矿物棉纤维对混合料水稳定性的改善效果略优于单一颗粒状木质素纤维，原因是木质素纤维易吸水，更易降低沥青膜与集料的粘附性，减弱混合料的水稳定性。

综合分析路用性能试验结果可得，当矿物棉纤维和颗粒状木质素纤维比例为1：1、总掺量为0.3％时，SMA13的高温稳定性、水稳定性较单一纤维均有较大提升，低温抗裂性略有下降但不明显，所以可以认为此种情况下SMA13的路用性能最佳，为今后大规模生产复合纤维提供了理论依据。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于SMA13沥青混合料路用性能的复合纤维掺配方案，其特征在于：包括有两种纤维稳定剂以及SBS改性沥青；

所述的两种纤维稳定剂，一种是矿物棉纤维，另一种是颗粒状木质素纤维；纤维掺量：以SBS改性沥青混合料质量百分数计，两种纤维的总掺量为0.3％，二者掺加比例为1：1，即两种纤维的掺量分别为0.15％、0.15％。

2.如权利要求1所述的一种基于SMA13沥青混合料路用性能的复合纤维掺配方案，其特征在于：包括以下步骤：

按照设计级配，在最佳油石比条件下成型马歇尔试件，在成型复合纤维沥青混合料马歇尔试件过程中，预先称取质量均为1.8g的矿物棉纤维和颗粒状木质素纤维，并将两种纤维在试验盆中搅拌均匀，然后同粗细集料一起倒入搅拌锅中干拌90s，再加入一定质量的SBS改性沥青同样搅拌90s，最后同时加入矿粉和水泥搅拌60s，整个搅拌过程持续4分钟以使复合纤维在SBS改性沥青混合料中最大程度地分散均匀。