木質(zhì)素纖維對(duì)透水瀝青混合料路用性能的影響研究

作者簡(jiǎn)介：

盧志遠(yuǎn)（1988—），工程師，主要從事路橋施工管理工作。

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

關(guān)鍵詞：透水瀝青混合料;木質(zhì)素纖維;高溫性能;水穩(wěn)定性能

中國(guó)分類號(hào)：U416.03A120404

0 引言

近年來(lái)，透水瀝青混合料作為一種具有連通空隙的開級(jí)配新型混合料，因其優(yōu)良的降噪性、透水性、抗滑及抗車轍等優(yōu)點(diǎn)，已在我國(guó)排水瀝青路面工程中得到廣泛應(yīng)用[1]。但由于混合料高孔隙率的原因，導(dǎo)致其抗侵蝕、抗壓以及抗剪切能力均較低，在地形復(fù)雜或重荷載地段極易對(duì)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(xué)者提出采用纖維來(lái)增強(qiáng)透水瀝青混合料性能，如王子楓等[5]采用玄武巖纖維對(duì)透水瀝青路面的力學(xué)性能進(jìn)行改良，發(fā)現(xiàn)纖維的摻入提高了PAC-13混合料的有效空隙率和滲水系數(shù)，推薦采用0.3%的玄武巖纖維摻量;曹佳偉等[6]通過(guò)摻入玄武巖纖維，有效提升了透水瀝青混合料的穩(wěn)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(zhǎng)度為9.0 mm;王春陽(yáng)[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(fā)現(xiàn)纖維摻量的增加會(huì)在一定程度上提升材料的低溫抗裂性能，高溫性能和水穩(wěn)性能呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，而透水性影響較小;郭志強(qiáng)[8]在瀝青混合料中加入了不同長(zhǎng)度和摻量的短切短纖維，發(fā)現(xiàn)當(dāng)碳纖維長(zhǎng)度為3 mm、碳纖維摻量為1%時(shí)，瀝青混合料試件具有最大的彎拉應(yīng)變和動(dòng)穩(wěn)定度以及最好的抗凍融劈裂效果。目前，學(xué)者對(duì)于采用玄武巖纖維來(lái)提升透水瀝青混合料性能的研究已相對(duì)完善，而關(guān)于采用木質(zhì)素纖維對(duì)透水瀝青混合料性能的研究還相對(duì)較少?；诖?，本文通過(guò)對(duì)PAC-13瀝青混合料性能進(jìn)行研究，并與不同木質(zhì)素纖維摻量的PAC-13瀝青混合料路用性能進(jìn)行對(duì)比分析，證明了木質(zhì)素纖維對(duì)提升其路用性能的效果。

1 試驗(yàn)原材料

（1）瀝青：試驗(yàn)選用SBS改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)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(yàn)規(guī)程》（JTG E42-2005）規(guī)范要求測(cè)得各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如表2所示。細(xì)集料采用普通機(jī)制砂，其表觀密度為2.7 g/cm3，堅(jiān)固性為7.8%，棱角性（流動(dòng)時(shí)間）為36 s。礦粉選用石灰?guī)r礦粉，其表觀密度為2.82 g/cm3，含水量為1.1%，外觀無(wú)團(tuán)粒結(jié)塊。

（3）纖維：選用木質(zhì)素纖維，按照《瀝青路面用木質(zhì)素纖維》（JT/T 533-2004）規(guī)范要求對(duì)其各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表3所示。

2 配合比設(shè)計(jì)

2.1 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

按照《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 190-2012）規(guī)范中PAC-13級(jí)配上、下限要求，通過(guò)調(diào)整各檔礦料比例進(jìn)行級(jí)配設(shè)計(jì)。PAC-13級(jí)配設(shè)計(jì)如表4所示。

2.2 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

透水瀝青混合料的最佳瀝青用量可通過(guò)飛散試驗(yàn)和析漏試驗(yàn)來(lái)確定，試驗(yàn)結(jié)果顯示最佳瀝青用量為4.9%。針對(duì)最佳瀝青用量的透水瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，以檢測(cè)PAC-13級(jí)配設(shè)計(jì)與最佳瀝青用量是否滿足規(guī)范要求，結(jié)果如表5所示。

根據(jù)表5馬歇爾試驗(yàn)結(jié)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(xiàng)指標(biāo)均能滿足規(guī)范設(shè)計(jì)要求。

2.3 木質(zhì)素纖維摻量設(shè)計(jì)

本文主要研究摻入木質(zhì)素纖維對(duì)透水瀝青混合料路用性能的影響，參考以往對(duì)于木質(zhì)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(zhì)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(yàn)規(guī)程》（JTG-20-2011）規(guī)范中的車轍試驗(yàn)、低溫小梁彎曲試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)及浸水馬歇爾試驗(yàn)方法，分別評(píng)價(jià)不同木質(zhì)素纖維摻量透水瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及水穩(wěn)定性能。

3 結(jié)果與分析

3.1 高溫性能

為研究木質(zhì)素纖維對(duì)透水瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能的影響，分別針對(duì)木質(zhì)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(jìn)行車轍試驗(yàn)，得到混合料的動(dòng)穩(wěn)定度變化曲線如下頁(yè)圖1所示。

根據(jù)圖1可知，隨著木質(zhì)素纖維摻量的增加，透水瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度呈先增大后減小趨勢(shì)變化，說(shuō)明木質(zhì)素纖維的摻入對(duì)混合料的高溫穩(wěn)定性能存在一定影響。當(dāng)纖維摻量由0增至0.4%時(shí)，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不斷增大，但纖維摻量超過(guò)0.4%后，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度開始逐漸減小，說(shuō)明過(guò)量摻入木質(zhì)素纖維并不會(huì)較大幅度提升透水瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)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(zhì)素纖維后，相對(duì)于未摻入木質(zhì)素纖維的混合料動(dòng)穩(wěn)定度分別提升了5.3%、9.5%、19%和17.4%，其中木質(zhì)素纖維摻量為0.4%的透水瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度增幅效果更好。由此說(shuō)明，木質(zhì)素纖維的摻入可以有效提升透水瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，且木質(zhì)素纖維摻量選擇0.4%的混合料高溫穩(wěn)定性能最佳。

3.2 低溫性能

為研究木質(zhì)素纖維對(duì)透水瀝青混合料低溫抗裂性能的影響，分別針對(duì)木質(zhì)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(jìn)行低溫小梁彎曲試驗(yàn)，得到混合料的最大彎拉應(yīng)變及彎曲勁度模量變化曲線如圖2所示。

根據(jù)圖2可知，隨著木質(zhì)素纖維摻量的增加，透水瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變呈不斷增大趨勢(shì)變化，說(shuō)明木質(zhì)素纖維的摻入可以提升透水瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變。透水瀝青混合料在分別摻入0.2%、0.3%、0.4%及0.5%木質(zhì)素纖維后，相對(duì)于未摻入木質(zhì)素纖維的混合料最大彎拉應(yīng)變分別提升了1.2%、2.5%、5.3%和8%，其中木質(zhì)素纖維摻量為0.4%和0.5%的透水瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度增幅效果相對(duì)明顯。透水瀝青混合料的彎曲勁度模量隨著木質(zhì)素纖維摻量的增加而增大，說(shuō)明木質(zhì)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(zhì)素纖維后，相對(duì)于未摻入木質(zhì)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(zhì)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(duì)明顯。由此說(shuō)明，木質(zhì)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(wěn)定性能

為研究木質(zhì)素纖維對(duì)透水瀝青混合料水穩(wěn)定性能的影響，針對(duì)木質(zhì)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(jìn)行凍融劈裂試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)，得到混合料的殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂強(qiáng)度比變化曲線如圖3所示。

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

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)制備不同木質(zhì)素纖維摻量的透水瀝青混合料試件，并針對(duì)混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及水穩(wěn)定性進(jìn)行對(duì)比分析，得到以下主要結(jié)論：

（1）木質(zhì)素纖維摻量由0增至0.4%時(shí)，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不斷增大，但纖維摻量超過(guò)0.4%后，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度開始逐漸減小，其中木質(zhì)素纖維摻量為0.4%的透水瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度增幅達(dá)到19%，效果相對(duì)較優(yōu)。

（2）木質(zhì)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(yīng)變和彎曲勁度模量，且木質(zhì)素纖維摻量越大增幅效果越好，說(shuō)明摻入木質(zhì)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(zhì)素纖維摻量由0增至0.4%時(shí)，混合料的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比逐漸增大，但纖維摻量超過(guò)0.4%后，殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比開始逐漸減小，其中木質(zhì)素纖維摻量選擇0.4%的混合料水穩(wěn)定性能最佳。

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