纖維對SMA 路用性能的影響研究

王陸峰

1 概述

2 原材料及配合比設計

本試驗選擇SMA-16型級配進行混合料設計。其集料為玄武巖碎石，礦粉為石灰石粉，纖維分別選用木質纖維素、玄武巖礦物纖維和聚丙烯腈纖維。瀝青采用殼牌生產的SBS改性瀝青。原材料試驗結果見表1～表3。按各檔集料確定的比例配制混合料，對摻加三種不同纖維的SMA-16型混合料進行配合比設計。三種混合料最佳油量的馬歇爾試驗結果如表4所示。

表1 集料試驗結果

表2 瀝青試驗結果

表3 纖維試驗結果

3 纖維對SMA路用性能影響試驗

3.1 水穩定性試驗

瀝青混合料的水穩定性應分別用馬歇爾殘留穩定度和凍融劈裂強度比評價。三種纖維混合料的水穩定性試驗結果見表5。

表4 瀝青混合料最佳油量馬歇爾試驗結果

表5 三種混合料水穩定性試驗結果

從三種纖維殘留穩定度比較來看，不同纖維SMA的殘留穩定度相差不大，木質素纖維的作用較好，這與木質素纖維的加入使混合料最佳瀝青用量增加較多有關。雖然從劈裂強度比看玄武巖礦物纖維較低，但是其凍融前后的劈裂強度遠高于另兩種纖維的SMA混合料。

3.2 高溫穩定性試驗

高溫穩定性是指在夏季氣溫較高情況下，在交通荷載作用下瀝青路面抵抗車轍、推移、壅包等永久變形的能力。對三種纖維分別成型300 mm×300 mm×50 mm的試件，進行車轍試驗，檢測其動穩定度DS。從表6可以看出，玄武巖礦物纖維的動穩定度(5 547次/mm)明顯大于另外兩種纖維混合料。說明礦物纖維與另外兩種纖維比較有較好的抗車轍性能。

表6 三種混合料車轍試驗結果

3.3 疲勞性能試驗

目前室內瀝青混合料的小型疲勞試驗方法眾多，較為普遍的試驗方法主要是間接拉伸法(即劈裂疲勞試驗)、梯形懸臂梁彎曲法和四點彎曲法。本試驗選用四點彎曲疲勞方法進行混合料疲勞試驗。試驗參數如下：將輪碾成型的車轍板切割成400 mm× 50 mm×50 mm的標準四點彎曲小梁試件;試驗溫度：15℃;試驗模式：應變控制方式;試驗波形：偏正弦波;試驗頻率：10 Hz。三種不同纖維的疲勞試驗結果如表7所示。

表7 三種混合料四點彎曲疲勞試驗結果

隨著應變水平的增加，瀝青混合料的初始勁度模量和疲勞壽命迅速降低。在三種應變水平下木質素纖維的初始勁度模量都要大于礦物玄武巖纖維和聚丙烯腈纖維。從疲勞壽命上來看，聚丙烯腈纖維明顯有助于瀝青混合料疲勞壽命的增加。雖然木質素纖維瀝青混合料的初始勁度模量要大，但是其疲勞壽命相對較差。聚丙烯腈纖維的疲勞壽命優于玄武巖礦物纖維和木質素纖維。

4 結語

本文對三種典型的纖維SMA混合料的水穩定性、高溫穩定性和疲勞性能進行了試驗研究，得到以下幾點：1)從殘留穩定度來看，不同纖維對混合料的抗水損害能力影響并不大，木質素纖維抗水損害能力略好，這與木質素纖維的添加使瀝青用量增多有關。對凍融劈裂試驗來說玄武巖礦物纖維的動穩定性較好。2)從車轍試驗動穩定度數據上來看，玄武巖礦物纖維的高溫性能最好。3)通過四點彎曲疲勞試驗，得出三種纖維的疲勞壽命回歸方程，并且從疲勞壽命上看，聚丙烯腈更多的增加了SMA的疲勞壽命。

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