DolanitAS纖維在SMA瀝青混合料中的路用性能研究

關志深，曾俊標

(1.長安大學公路學院，陜西 西安 710064；2.廣東華美加工程顧問有限公司，廣東 廣州 510627)

0 引言

Dolanit AS纖維是一種新型的瀝青路面專用增強纖維，它具有強度高、耐腐蝕、不溶解，吸附性強，在溶劑中不膨脹，化學性質穩定等諸多優點，可提高路面的柔韌性，減少高溫車轍、低溫開裂等，從而延長了路面的使用性能壽命。本文將通過對不同摻量Dolanit AS纖維及摻量0.3%的木質素纖維進行比較分析，確定適用于SMA—13混合料的Dolanit AS纖維摻量。

1 Dolanit AS纖維機理分析

DolanitAS纖維是一種有機合成的聚丙烯腈纖維，當添加到瀝青混凝土中時，它不僅僅是穩定添加劑，更能改善膠體的結構，起到加強筋的作用。其主要作用表現在以下方面：

a）吸附作用 Dolanit AS纖維分散在瀝青中，其巨大的表面積成為浸潤界面，可以充分吸收瀝青，使集料表面的瀝青膜厚度增大，有利于減緩瀝青老化；

b）穩定作用 在瀝青混合料中，縱橫交錯的纖維所吸附的瀝青，增大了結構瀝青的比例，使瀝青混合料的粘滯性增強，瀝青軟化點提高，有效地提高了高溫穩定性，而且在高溫季節，瀝青受熱膨脹時，纖維內部的空隙還將成為一種緩沖的余地，不致成為自由瀝青泛油，對高溫穩定性也有作用；

c）加筋作用 在混合料中纖維是三維隨機分布的，由于數量眾多而且強度高，分布極為廣泛，對混合料的開裂起到阻滯作用，從而提高瀝青路面的強度和裂紋自愈能力，減少裂縫的出現；

d）分散作用 如果沒有纖維，用量頗大的瀝青礦粉可能成為膠團，不能均勻地分散在集料之間，纖維可以使膠團適當的分散；

e）增粘作用 由于纖維吸附瀝青，增強了瀝青對集料顆粒的握裹力，通過油膜的粘結，提高集料之間的粘結力，保證瀝青路面的整體性而不易松散，使道路施工質量得到改善。

2 原材料性能

本文研究采用泰普克SBS類Ⅰ—D型改性瀝青，粗、細集料均采用輝綠巖碎石，礦粉由石灰巖磨制而成，水泥采用普通硅酸鹽水泥。上述原材料質量指標均能滿足相應規范中的要求。

3 試驗方案

SMA—13瀝青混合料的設計級配見表1，按摻加0.2%、0.25%、0.3%、0.35% Dolanit AS纖維及摻加0.3%木質素纖維五種方案，統一采用泰普克SBS類Ⅰ—D型改性瀝青進行試驗比較。

表1 SMA—13瀝青混合料礦料合成級配

4 試驗結果分析

4.1 馬歇爾試驗結果分析

按照現行規范規定要求進行馬歇爾試驗，各纖維不同摻量下的瀝青混凝土馬歇爾試驗結果見表2，不同纖維及摻量與馬歇爾穩定度的關系如圖1所示。

表2 不同纖維摻量下瀝青混凝土的馬歇爾試驗結果對比

圖1 不同摻量纖維瀝青混合料的馬歇爾穩定度

由表2可以得出，隨著Dolanit AS纖維摻量的增加，纖維加筋瀝青混合料的最佳油石比逐漸增加，盡管Dolanit AS纖維對瀝青有一定的吸持能力，但其吸油性能較低，纖維摻量從0.2%增加到0.35%，最佳油石比僅增加了0.13%，Dolanit AS纖維對瀝青的吸油率為1.2∶1。受木質素纖維較強吸油性特點的影響，其油石比較同比例摻量的Dolanit AS纖維瀝青混合料略有增加。

由圖1可知，SMA—13型瀝青混合料中摻加Dolanit AS纖維后，纖維用量為0.25%和0.3%時馬歇爾穩定度相差較小，但纖維用量增加到0.35%時，馬歇爾穩定度迅速降低，以0.3%摻量的馬歇爾穩定度最高。木質素對馬歇爾穩定度的改善效果低于Dolanit AS纖維，摻加同比例（0.3%）的纖維時，木質素纖維的馬歇爾穩定度約為Dolanit AS纖維的94%。這是因為Dolanit AS纖維長徑比較大、根數極多、纖維本身模量高，纖維傳遞和分散荷載的能力強。此外，在同一級配條件下，混合料中摻加的纖維會吸收和吸附一部分自由瀝青，尤其是吸收了瀝青組成物質中的輕質組分，也即增加了瀝青中瀝青質的含量，瀝青質含量的提高有助于提高瀝青混合料的強度與穩定性。另一方面，由于纖維吸收了部分瀝青，如無瀝青補充這一部分損失量，將增加混合料的空隙率，降低使用品質，因此應適當增加瀝青用量，保證混合料具有足夠的密實性，降低空隙率，增強粘聚力，從而提高穩定度值。

4.2 高溫穩定性研究

本文高溫穩定性研究采用車轍試驗，按照規范規定的要求進行車轍試驗研究。除了采用動穩定度評價瀝青混合料的高溫穩定性以外，對車轍試驗過程中的早期車轍變形量、車轍變形的時間累積兩個指標也進行了相關評價，以期全面考察Dolanit AS纖維對瀝青混合料高溫抗變形能力的改善效果。車轍試驗結果見表3和圖2。

表3 不同纖維摻量下瀝青混凝土的車轍試驗結果對比

圖2 不同纖維摻量下瀝青混合料的車轍深度（變形量）

從圖2可以看出，摻Dolanit AS纖維瀝青混合料的早期車轍深度比不含纖維和摻加木質素纖維瀝青混合料的車轍深度都要小。這表明Dolanit AS纖維的加入不僅有效地阻止了瀝青混合料的高溫變形，還對抵抗瀝青混合料的早期再壓密變形有一定的貢獻。

由表3可以看出，盡管按車轍的時間累積數值評價瀝青混合料的高溫穩定性與動穩定度評價結果一致，但采用車轍的時間累積數值評價時，摻加0.2%～0.3%的Dolanit AS纖維的瀝青混合料的高溫抗變形能力是未摻加纖維的1.6～2.0倍，摻加0.3%的木質素纖維瀝青混合料的動穩定度是未摻加纖維的1.14倍，即相對于采用動穩定度指標而言，對車轍試驗采用車轍變形的時間累積指標作為綜合評價混合料高溫穩定性的依據時，摻加Dolanit AS纖維的瀝青混合料的高溫穩定性比未摻加纖維的瀝青混合料有了更大的提高，而摻加木質素纖維的瀝青混合料則相反。

4.3 水穩定性研究

本文主要采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗來評價纖維瀝青混合料的水穩定性。按規范規定要求進行水穩定性試驗，各試驗結果見表4和圖3～圖5所示。

表4 不同纖維摻量下瀝青混合料的水穩定性試驗結果

圖3 不同纖維摻量下瀝青混合料的水穩定性指標

圖4 不同纖維摻量下瀝青混合料的浸水馬歇爾穩定度指標

圖5 不同纖維摻量下瀝青混合料的凍融劈裂強度指標

從表4、圖3～圖5的試驗結果可以總結出以下幾點結論。

4.3.1 對于沒有經凍融的試件，加入Dolanit AS纖維后混合料劈裂強度可提高12%左右，加入木質素纖維后混合料劈裂強度提高7%左右。說明纖維加入后，纖維瀝青膠漿的粘結強度增大，而且纖維的加筋作用也改善了混合料的劈裂強度，而木質素纖維對瀝青膠漿粘結強度提高低于Dolanit AS纖維。

4.3.2 經過凍融循環后，瀝青混合料的劈裂強度均有所下降，但不含纖維瀝青混合料下降后的劈裂強度仍然較含Dolanit AS纖維瀝青混合料小18%～33%，較含木質素纖維瀝青混合料小24%左右。

4.3.3 從凍融劈裂抗拉強度比TSR比較來看，摻加Dolanit AS纖維的比例大于0.3%后，瀝青混合料的凍融劈裂強度比呈下降趨勢。這主要是因為隨著纖維的摻入量增加，在瀝青用量逐漸增加的同時，瀝青混合料空隙率減小；若繼續增加纖維用量，瀝青混合料密度減小、空隙率增大。試件經過抽真空后，瀝青混合料中的空隙充分地被水填充，在－18℃水凍結后對空隙壁產生凍脹應力，經過凍融循環后混合料的強度因此減弱。纖維瀝青混合料空隙率增大后，它所受到的凍脹破壞作用更明顯，造成纖維瀝青混合料的抗劈裂強度能力降低；另一方面，由于纖維和瀝青在低溫下溫縮變形的不協調性，擴大了瀝青混合料空隙的體積，使凍脹破壞作用得到進一步強化，因此在纖維瀝青混合料的施工中應切實加強路面的壓實效果。

4.3.4 經過凍融循環后Dolanit AS纖維瀝青混合料試件的劈裂強度下降幅度較未摻加纖維的小，且經過凍融后瀝青混合料的劈裂強度絕對值比未摻加纖維瀝青混合料的大，這說明Dolanit AS纖維對于混合料抗凍融循環或者說水穩性的提高起到了明顯作用。此外，采用基質瀝青的Dolanit AS纖維瀝青混合料的凍融劈裂抗拉強度比TSR大于無纖維的改性瀝青混合料，但由于改性瀝青的粘結強度大于摻加Dolanit AS纖維的基質瀝青膠漿，未經過凍融的改性瀝青混合料的劈裂強度絕對值略大于摻加Dolanit AS纖維的基質瀝青混合料，而經過凍融后二者已相差不大。

4.3.5 從凍融后劈裂強度值和凍融劈裂強度比總的來看，Dolanit AS纖維摻量為0.3%時對瀝青混合料水穩性的改善最為顯著。

5 結論

本論文通過對纖維作用機理分析、Dolanit AS纖維瀝青混合料馬歇爾試驗研究和路用性能研究，得出以下幾個方面的結論：

a）摻加Dolanit AS纖維使得混合料的抗壓強度得到較大提高；

b）加入Dolanit AS纖維后，瀝青混合料的抗彎拉強度和最大彎拉應變均有明顯的提高；

c）通過纖維瀝青混合料的馬歇爾試驗發現：摻纖維瀝青混合料的最佳瀝青用量增加、密度下降、穩定度提高；纖維長徑比越大，混合料的馬歇爾穩定度越高，纖維的加強效果越好，如Dolanit AS纖維；同時分散性是纖維加強瀝青混合料的有力保證；

d）摻加既吸附穩定瀝青，又有明顯加筋作用的Dolanit AS纖維使得混合料的動穩定度顯著提高；

e）從殘留穩定度試驗看，Dolanit AS纖維瀝青混合料水穩性比未摻加纖維的瀝青混合料要好；凍融劈裂試驗表明Dolanit AS纖維摻量越多凍融后的劈裂強度越大，混合料水穩性越好；

f）綜合其技術經濟性能分析結果認為，采用0.2%～0.3%的Dolanit AS纖維摻量時其效益－成本比最優，同時以0.3%纖維摻量為Dolanit AS纖維最佳用量。

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