木質素纖維改善再生瀝青混合料的路用性能研究

馮松鍇

（鄭州路橋建設投資集團有限公司，河南鄭州 450000）

高等級瀝青路面在我國交建工程得到了廣泛的應用，但隨著交通重載、超載等現象日益劇增，給路面使用性能及壽命造成嚴重的影響，導致許多瀝青路面在2~3年內便產生了損害，從而需要進行大中修護[1-2]。瀝青路面大中修過程中會產生大量的廢舊瀝青不僅占用了土地資源，還嚴重污染了自然環境，因而如何將其再生利用成為了現階段公路研究者的熱點課題[3-4]。

目前，國內學者在廢舊瀝青混合料再生利用方面進行了不少研究，如周剛等[5]分別探究了瀝青用量與聚酯纖維摻量對再生瀝青混合料路用性能的影響規律，得到聚酯纖維對其低溫抗裂性能、水穩定性能有所改善，而瀝青過量或瀝青膜厚度過高則會降低混合料的低溫抗裂性能及水穩定性能；陳倫坤[6]通過對不同玄武巖纖維摻量的再生瀝青混合料進行高溫穩定性、低溫抗裂性及水穩定性試驗，得到0.3%摻量玄武巖纖維外摻能夠有效提升混合料的路用性能；焦江華[7]研究了SBS、SBR兩種改性瀝青分別對溫拌再生瀝青混合料路用性能的影響，得到兩種改性瀝青均能有效改善混合料的路用性能，但前者的改善效果更優；顧萬等[8]將玄武巖纖維和高模量劑以單摻、復摻形式加入再生瀝青混合料中，并對其路用性能改善效果進行對比分析，得到復摻情形下再生瀝青混合料的舊料利用率可達50%。本文以SMA-13馬蹄脂級配再生瀝青混合料為對象，系統探討了不同木質素纖維摻量對再生瀝青混合料路用性能的影響規律，以期為再生瀝青混合料的設計提供參考與借鑒。

1 試驗材料

1.1 銑刨料(RAP)

選用某城市快速路改造工程中產生的廢舊瀝青混合料，通過對銑刨料回收老化瀝青進行抽提，測得銑刨料的技術指標見表1，銑刨料的級配組成篩分結果見表2。

表1 回收老化瀝青性能指標Table 1 Performance indexes of recycled aged asphalt

表2 銑刨料RAP的篩分通過率Table 2 Screening pass rate of RAP for milling materials

1.2 瀝青

選用成品SBS 改性瀝青，其性能指標見表3。

表3 SBS改性瀝青性能指標Table 3 Performance indexes of SBS modified asphalt

1.3 集料

粗細集料均為玄武巖，其相關技術指標均符合規范規定。

1.4 木質素纖維(LF)

選用外觀為灰白色的木質素纖維，其性能指標見表4。

表4 木質素纖維技術指標Table 4 Technical indexes of lignin fiber

1.5 舊瀝青再生劑

選用深綠色黏稠油狀液體RA-25瀝青再生劑，其性能指標見表5。

表5 RA-25瀝青再生劑技術指標Table 5 Technical indexes of RA-25 asphalt regenerant

2 廢舊瀝青再生及試驗配合比設計

2.1 廢舊瀝青再生

根據銑刨料RAP中回收老化瀝青的性能情況，將不同摻量RA-25再生劑摻入已老化的瀝青中進行恢復再生處理，并分別測量其再生后的針入度、延度、軟化點、旋轉黏度等技術指標，以確定出瀝青再生劑的最優摻量。不同摻量再生劑恢復后的瀝青性能指標變化如圖1所示。可以看出，銑刨料老化瀝青在選用5%的再生劑恢復處理后得到較好的使用性能。

圖1 不同摻量再生劑的瀝青性能指標變化曲線Fig. 1 Change curve of asphalt performance index with diff erent amount of regenerant

2.2 試驗配合比設計

再生瀝青混合料采用SMA-13馬蹄脂級配，試驗設計了0%、15%、30%、50%、70%共5種銑刨料摻量，SMA-13再生瀝青混合料的目標級配曲線如圖2所示。

圖2 SMA-13再生瀝青混合料目標級配曲線Fig.2 Target grading curve of SMA-13 recycled asphalt mixture

2.3 油石比

以公路瀝青路面施工技術規范JTG F40-2004中相關標準為依據，分別對0%、1%、2%、3%摻量的木質素纖維再生瀝青混合料試件進行馬歇爾試驗來確定其最佳油石比，以30%RAP為例，其最佳油石比結果見表6。

表6 木質素纖維再生瀝青混合料的最佳油石比Table 6 Optimum asphalt aggregate ratio of lignin f iber recycled asphalt mixture

3 試驗結果及分析

3.1 高溫穩定性

通過對不同木質素纖維摻量的再生瀝青混合料進行高溫車轍試驗，得到其動穩定度的變化曲線如圖3所示。

圖3 不同纖維摻量的動穩定度變化曲線Fig. 3 Dynamic stability variation curve of different fiber content

根據圖3可知，不同再生瀝青混合料在標準車轍試驗情況下的動穩定度均符合規范要求，其中隨著RAP摻量的增加，相同纖維摻量再生瀝青混合料的動穩定度均呈逐漸增大變化趨勢，說明RAP的加入能夠顯著提高再生瀝青混合料的動穩定度，原因是RAP舊料中的老化瀝青增大了混合料的黏度，從而增強了其抵抗高溫剪切變形的能力。隨著木質素纖維摻量的增加，相同RAP摻量再生瀝青混合料的動穩定度也均呈逐漸增大變化，說明木質素纖維也能夠有效提升再生瀝青混合料的動穩定度；當木質素纖維由0增至3%時，不同RAP摻量再生瀝青混合料的動穩定度分別提高了18.5%、19.6%、21.7%、15.5%、11.8%，說明在摻入過量的RAP舊料情況下，木質素纖維對再生瀝青混合料的增強效果出現一定程度的削弱，但其整體的動穩定度仍有明顯的提升。考慮到再生瀝青混合料的動穩定度過高會產生硬脆化現象，致使其在低溫條件下容易發生開裂損害，因此木質素纖維的合理摻配需綜合再生瀝青混合料其它性能進行選定。

3.2 低溫抗裂性

依據公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程（JTGE20-2011）中相關規定及標準，針對不同木質素纖維摻量的再生瀝青混合料進行低溫小梁彎曲試驗，其中試驗溫度為-10℃，加載速率為50mm/min，試驗結果如圖4所示。

圖4 不同纖維摻量的破壞應變變化曲線Fig. 4 Failure strain variation curve of different fiber content

由圖4可知，再生瀝青混合料在標準小梁彎曲試驗情況下的破壞應變均隨著RAP摻量的增加呈逐漸降低變化，其中當RAP舊料摻量為15%左右時，再生瀝青混合料的破壞應變能夠滿足規范要求（≥2500με），但當RAP舊料摻量超過30%時，破壞應變則均低于規范要求，說明RAP舊料對其低溫抗裂性能產生了明顯的劣化作用。隨著木質素纖維摻量的增加，不同RAP摻量再生瀝青混合料的破壞應變呈逐漸增大變化趨勢，當木質素纖維由0增至3%時，不同RAP摻量再生瀝青混合料的破壞應變分別提高了20.5%、17.9%、19.4%、30.1%、23.4%，說明木質素纖維能提高再生瀝青混合料的破壞應變，原因是木質素纖維在結構內部呈絮狀分布能有效地吸附瀝青，故低溫抗裂性能增強；在RAP摻量超過30%后，木質素纖維雖對混合料的破壞應變有所增強，但其增幅效果表現并不突出，原因是木質素纖維無法改變混合料的骨料結構、膠結料的黏結強度等本質性能。

3.3 水穩定性

再生瀝青混合料的水穩定性能依據JTG E20-2011中的浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗進行綜合評價。通過對不同木質素纖維摻量的再生瀝青混合料展開浸水馬歇爾試驗與凍融劈裂試驗，分別得到浸水殘留穩定度、凍融劈裂強度比的變化曲線，如圖5、圖6所示。

圖5 不同纖維摻量的殘留穩定度變化曲線Fig. 5 Variation curve of residual stability with diff erent f iber content

圖6 不同纖維摻量的凍融劈裂強度比變化曲線Fig. 6 Variation curve of freeze-thaw splitting strength ratio with diff erent f iber content

從圖5可知，再生瀝青混合料的浸水殘留穩定度隨著RAP舊料摻量的增加呈逐漸降低變化趨勢，其中當RAP舊料摻量達到30%時，浸水殘留穩定度低于規范控制要求（≥85%），說明RAP舊料對混合料的浸水殘留穩定度產生了明顯的影響，原因是在浸水環境下疏松多孔的RAP舊料能吸收大量水分，從而削弱混合料間的界面接觸能力。隨著木質素纖維摻量的增加，不同RAP再生瀝青混合料的浸水殘留穩定度均呈先增大后減小變化，其中當RAP舊料摻量不超過30%時，加入合適木質素纖維能夠使得混合料的浸水殘留穩定度滿足規范要求，原因是木質素纖維能吸收舊料孔隙內的部分水分，故而增強了結構穩定性。

由圖6可知，在標準凍融劈裂試驗情況下再生瀝青混合料的凍融劈裂強度比隨著RAP舊料摻量的增加呈逐漸降低變化，其中RAP舊料摻量達到30%時，凍融劈裂強度比已低于規范規定要求（≥80%），說明RAP舊料對混合料的凍融劈裂強度比產生了明顯的影響，原因是RAP舊料呈疏松多孔狀，在浸水及冷凍環境影響下較易發生失穩。隨著木質素纖維摻量的增加，不同再生瀝青混合料的凍融劈裂強度比均呈先增大后減小變化，在木質素纖維加入后混合料的RAP舊料摻量最高可達40%左右，原因是木質素纖維均勻地分布于混合料內被瀝青膠漿有效包裹，因此增強了再生瀝青混合料的強度及穩定性。

4 結論

（1）隨著RAP舊料、木質素纖維摻量的增加，再生瀝青混合料的動穩定度均呈逐漸增大變化，考慮到動穩定度過高會產生硬脆化現象，使其容易發生低溫開裂、水損等病害，故木質素纖維的合理摻配需綜合再生瀝青混合料其它性能進行選定。

（2）再生瀝青混合料破壞應變均隨著RAP摻量的增加逐漸降低；隨著木質素纖維摻量的增加，破壞應變則呈逐漸增大變化。木質素纖維在結構內呈絮狀分布能有效地吸附瀝青，故能改善再生瀝青混合料的低溫抗裂性能。

（3）隨RAP舊料摻量增加，再生瀝青混合料的浸水殘留穩定度和凍融劈裂強度比均逐漸降低，RAP舊料呈疏松多孔狀，在浸水及冷凍環境影響下較易發生失穩；隨木質素纖維摻量增加，浸水殘留穩定度和凍融劈裂強度比均呈先增大后減小變化，木質素纖維可吸附水分與瀝青膠漿結合，故能增強混合料的水穩定性能。

（4）綜合各項路用性能可知，選用2%摻量的木質素纖維能使再生瀝青混合料的RAP舊料摻量達到30%。