纖維穩(wěn)定劑對(duì)提高SMA 改性瀝青路用性能影響研究

李鋒LI Feng

（海南路橋工程有限公司，三亞572000）

0 引言

建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)，是我國(guó)在黨的十九大會(huì)議中提出的宏偉藍(lán)圖，從而推動(dòng)了公路建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展，是新的機(jī)遇，也是新的挑戰(zhàn)。道路交通規(guī)模的建設(shè)不僅是一個(gè)國(guó)家交通基礎(chǔ)設(shè)施的名片，更是公路領(lǐng)域建設(shè)科技的代名詞，能較大的推動(dòng)民生經(jīng)濟(jì)，擴(kuò)大區(qū)域在交通運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)上的緊密連接。我國(guó)的高等級(jí)公路建設(shè)，照目前數(shù)據(jù)來看，以瀝青混凝土路面為占主要地位。可作為鋪設(shè)瀝青路面的材料類型種類較多，如SBS 改性瀝青混合料、SMA 改性瀝青混合料、道路石油瀝青混合料、乳清瀝青混合料等。[7]各類型的瀝青性能各有差異，在抵抗變形性能上，選用粗集料可幫助加強(qiáng)抵抗變形的能力，帶來的確定就是會(huì)造成路面整體體性有所降低，在長(zhǎng)時(shí)間使用下也容易形成裂縫。但與上述出現(xiàn)的問題相比，瀝青路面在高溫環(huán)境下所帶來的一系列問題及影響，更是國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者長(zhǎng)期研究的論題。

在高溫環(huán)境條件下，一旦瀝青路面出現(xiàn)各類問題，往往都是不可逆的。高溫環(huán)境條件下如何做到保持瀝青路面原有的各項(xiàng)性能穩(wěn)定不變是一項(xiàng)艱難的任務(wù)，也是瀝青路面建設(shè)后的一項(xiàng)難題。業(yè)內(nèi)對(duì)瀝青路面在高溫環(huán)境條件下發(fā)生各類型病害的報(bào)道屢見不鮮。瀝青路面一旦出現(xiàn)病害問題后，隨之帶來的影響是伴隨其他影響因素致使其抵抗變形的能力大大降低，并在重荷載環(huán)境影響下，使瀝青路面失去原有的設(shè)計(jì)使用性能，對(duì)瀝青路面造成造成的破壞是極大的。我國(guó)縱跨北溫帶與熱帶，高溫地區(qū)占比不在少數(shù)，夏季時(shí)地表溫度極易升高，存在很多突破瀝青路面材料臨界溫度的情況，更有甚個(gè)別區(qū)域出現(xiàn)了極端罕見的高溫現(xiàn)象。為了延緩瀝青路面各類型病害的發(fā)生，國(guó)內(nèi)目前主流的方法是添加各類型的纖維穩(wěn)定劑加以改善。本文研究目的，旨在對(duì)比在不同高溫環(huán)境條件下，SMA 改性瀝青混合料在摻入了0.4%木質(zhì)纖維素后與未摻入木質(zhì)纖維素前進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試分析比對(duì)，從而達(dá)到推薦指導(dǎo)是否在建設(shè)瀝青路面時(shí)根據(jù)建設(shè)地區(qū)的氣溫情況綜合考慮使用0.4%木質(zhì)纖維素，這就是本次試驗(yàn)研究的最終目的。

1 試驗(yàn)方案及原材料準(zhǔn)備

1.1 試驗(yàn)方案

本試驗(yàn)方案旨在研究30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃六種溫度變化下，SMA 改性瀝青混合料與摻入0.4%木質(zhì)素纖維后的SMA 改性瀝青混合料性能進(jìn)行對(duì)比。設(shè)計(jì)30℃、40℃為瀝青路面使用時(shí)所能出現(xiàn)的常規(guī)溫度，50℃、60℃兩種溫度為國(guó)內(nèi)高溫地區(qū)在7、8 月份夏季平均溫度較高時(shí)所處的溫度條件，70℃、80℃兩種溫度模擬的是瀝青路面在極端罕見高溫氣候條件下的使用場(chǎng)景。以上述六種溫度條件下，對(duì)未摻入0.4%木質(zhì)素纖維SMA 改性瀝青混合料進(jìn)行性能試驗(yàn)，以此作為對(duì)比參照組，用摻入0.4%木質(zhì)素纖維SMA 改性瀝青混合料的進(jìn)行對(duì)比，檢測(cè)其馬歇爾穩(wěn)定度、流值、動(dòng)穩(wěn)定度、變形、單軸蠕變等各項(xiàng)性能，并進(jìn)行結(jié)果分析。[1]

根據(jù)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)和施工技術(shù)規(guī)范指標(biāo)，本次試驗(yàn)方案統(tǒng)一采用的改性瀝青和各類集料的油石比為5.2%，方案詳見圖1。

圖1 試驗(yàn)流程圖

1.2 瀝青原材料準(zhǔn)備

①本次試驗(yàn)所采用的改性瀝青原料技術(shù)指標(biāo)及檢驗(yàn)結(jié)果詳見表1。

表1 改性瀝青指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

從表1 的檢測(cè)結(jié)果數(shù)值中可看出，其選用的瀝青原材料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足技術(shù)規(guī)范要求，所采用的瀝青原材料所研究檢測(cè)得出的各項(xiàng)結(jié)果及數(shù)據(jù)有效性均能夠得到有效保證。

②本次研究試驗(yàn)所采用的瀝青集料檢測(cè)質(zhì)量結(jié)果均滿足技術(shù)規(guī)范要求，詳見表2、表3。

表2 粗集料質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

表3 細(xì)集料質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

③本次研究試驗(yàn)所采用的纖維穩(wěn)定劑為0.4%的木質(zhì)素纖維，木質(zhì)素纖維長(zhǎng)度為5mm，其檢測(cè)質(zhì)量結(jié)果均滿足技術(shù)規(guī)范要求，檢測(cè)結(jié)果見表4。[9]

表4 木質(zhì)素纖維檢測(cè)結(jié)果

2 試驗(yàn)比對(duì)結(jié)果與性能分析

2.1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

將SMA 改性瀝青混合料、摻入0.4%木質(zhì)素纖維后SMA 改性瀝青混合料制成馬歇爾試驗(yàn)所需的試件并檢測(cè)合格且穩(wěn)定后，將其分別置入于30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃的電控恒溫容器中存放24h，隨后開始進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度試，其檢測(cè)結(jié)果如圖2、圖3 所示。

圖2 馬歇爾穩(wěn)定度檢測(cè)折線圖

圖3 流值檢測(cè)折線圖

圖2 可看出，溫度在30℃～50℃時(shí)，SMA 改性瀝青混合料和摻入0.4%木質(zhì)素纖維后SMA 改性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度對(duì)比，幾乎沒有變化。[6]當(dāng)溫度＞50℃后，SMA改性瀝青混合料的下降速率較之摻入0.4%木質(zhì)素纖維后的SMA 改性瀝青混合料明顯加快。

圖3 可看出，溫度在30℃～60℃時(shí)，SMA 改性瀝青混合料和摻入0.4%木質(zhì)素纖維后SMA 改性瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度對(duì)比，幾乎沒有變化。當(dāng)溫度＞60℃后，SMA改性瀝青混合料流值變化速率隨著溫度的升高較之摻入0.4%木質(zhì)素纖維后的SMA 改性瀝青混合料明顯加快。

根據(jù)圖2～圖3 可看出，無論SMA 改性瀝青混合料是否摻入0.4%的木質(zhì)素纖維，馬歇爾穩(wěn)定度均滿足技術(shù)規(guī)范要求≥8/kN；流值變化速率為2.5～4.5mm 之間，滿足技術(shù)規(guī)范要求。[4]

本次試驗(yàn)可得出，在摻入0.4%的木質(zhì)素纖維后，穩(wěn)定度與流值在數(shù)值上均比未摻入0.4%的木質(zhì)素纖維時(shí)馬歇爾試驗(yàn)性能更優(yōu)。

2.2 車轍試驗(yàn)

本試驗(yàn)首先將SMA 改性瀝青混合料、摻入0.4%木質(zhì)素纖維后的SMA 改性瀝青混合料車轍試件制成檢測(cè)合格并待穩(wěn)定后，將車轍試驗(yàn)儀器溫度分別調(diào)至30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃。待溫度達(dá)到上述試驗(yàn)溫度且穩(wěn)定后，分別檢測(cè)在上述6 種溫度下，車轍試件的動(dòng)穩(wěn)定度和形變結(jié)果，其試驗(yàn)見圖4、圖5。

圖4 動(dòng)穩(wěn)定度折線圖

圖5 動(dòng)穩(wěn)定度折線圖

根據(jù)圖4 可看出，溫度在30℃～60℃時(shí)，SMA 改性瀝青混合料和摻入0.4%木質(zhì)素纖維后SMA 改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度對(duì)比，幾乎沒有變化。當(dāng)溫度＞60℃后，SMA改性瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度的下降速率較之摻入0.4%木質(zhì)素纖維后的SMA 改性瀝青混合料明顯加快。

圖5 得知，無論在何種溫度下，SMA 改性瀝青混合料和摻入0.4%木質(zhì)素纖維后SMA 改性瀝青混合料相比，摻入0.4%木質(zhì)素纖維后SMA 改性瀝青混合料均變形較小。

根據(jù)圖4～圖5 可看出，無論SMA 改性瀝青混合料是否摻入0.4%的木質(zhì)素纖維，其動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)在6 種試驗(yàn)溫度環(huán)境條件下均滿足技術(shù)規(guī)范≥800 次/mm 的要求；變形量指標(biāo)也在可控范圍之內(nèi)。

本次試驗(yàn)可得出，在摻入0.4%的木質(zhì)素纖維后，動(dòng)穩(wěn)定度與變形在數(shù)值上均比未摻入0.4%的木質(zhì)素纖維時(shí)性能略優(yōu)。

2.3 單軸蠕變?cè)囼?yàn)

將SMA 改性瀝青混合料、摻入0.4%木質(zhì)素纖維后的SMA 改性瀝青混合料制成滿足單軸蠕變?cè)囼?yàn)的圓柱體，待試件檢測(cè)合格且穩(wěn)定后，立即進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。在試驗(yàn)滿足要求后置入30℃，40℃，50℃，60℃，70℃，80℃的電控恒溫容器中存放24h，待時(shí)間結(jié)束后立即取出試件進(jìn)行性能測(cè)試。上述6 種不同溫度條件下的黏性勁度模量的檢測(cè)指標(biāo)，見圖6～圖7。

根據(jù)圖6～圖7 單軸蠕變?cè)囼?yàn)得知，無論在何種溫度下，SMA 改性瀝青混合料和摻入0.4%木質(zhì)素纖維后SMA改性瀝青混合料的黏性勁度模量指標(biāo)對(duì)比，數(shù)值都較未摻入木質(zhì)素纖維時(shí)略小。由此可知，在單位壓力作用下，摻入0.4%木質(zhì)素纖維后SMA 改性瀝青混合料變形最小。

圖6 黏性勁度模量折線圖

圖7 黏性勁度模量柱形圖

本次試驗(yàn)可得出，在摻入0.4%的木質(zhì)素纖維后，SMA改性瀝青混合料性能均比未摻入木質(zhì)素纖維時(shí)性能略優(yōu)。[2]

3 結(jié)論

綜上所述，在摻入0.4%木質(zhì)素纖維的纖維穩(wěn)定劑后，SMA 改性瀝青混合料的高溫性能較之未摻入木質(zhì)素纖維時(shí)更優(yōu)，推薦在國(guó)內(nèi)夏季高溫地區(qū)的SMA 改性瀝青混合料瀝青路面使用0.4%木質(zhì)素纖維的纖維穩(wěn)定劑，從而達(dá)到提高SMA 改性瀝青混合料瀝青路面各項(xiàng)性能，達(dá)到提高行車舒適、延緩路面衰老、減少病害，降低返修率等效果。