纖維配比優化改性橡膠瀝青混合料路用性能研究

中圖分類號：TQ522.65；U414 文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）05-0042-04

Abstract：In order to improve the performance of rubber asphalt mixture，glass fiber（GF）and lignin fiber（LF） wereselected tooptimizetheratioofsingle blendingandblending，andthenbasedonaseriesoflaboratorytests，the influenceof the two fibers ontheroad performance of rubberasphalt mixtureunder diferent mixing ratios and dosages was systematically analyzed.The results showed thatthe single or mixed blending of GF and LFfibers was beneficialto improve theroad performance and fatigue performance of rubber asphalt mixture，and the improvement effect of singledopedLFfiberon the waterstabilityof themixture was beter than thatof single doped GFfiber，but the improvement efectof single doped GFfiberon other properties was beter than thatof single doped LF fiber.Compared with the two kinds of mono-mixed fibers，the mixed fibers with appropriate proportion and amount of mixed fibers had a beter effct on the improvementof the properties of rubber asphalt mixture.It was recommended to use a blended fiber with a content of 0.3% and a ratio of glass fiber： 1 lignin fiber =2：1 ，which can further improve the service quality and service performance of the rubber asphalt mixture. Key words ：road engineering；rubber asphalt mixture ；fiber；road performance；fatigue performance

近年來，我國居民汽車擁有量迅速增長，伴隨而來出現了廢舊橡膠輪胎處理的難題。由于廢舊橡膠輪胎在自然環境中很難降解，若沒有采取有效措施進行綜合處理，將對生態環境造成嚴重污染[1-]。通過將廢舊橡膠輪胎破碎加工制成膠粉并作為道路瀝青混合料的改性劑，是目前解決廢舊輪胎再生利用的主要方式之一，因此橡膠瀝青混合料逐漸被廣泛應用于我國道路工程之中 。然而，受國內交通重載軸載的嚴重影響，導致部分現役橡膠瀝青路面出現了車轍、開裂、坑槽等病害問題，進而使得此類道路的服役性能和使用質量出現明顯下降[5-6]。纖維是一種優良的穩定劑型材料，將其添加至瀝青混合料中能夠顯著提升瀝青路面的服役性能，我國道路工作者對纖維改性橡膠瀝青混合料方面進行了諸多研究，考慮到多種類型纖維混摻使用可以充分的發揮復配效應，有利于進一步提升瀝青混合料的綜合性能，而有關混摻纖維改性橡膠瀝青混合料方面的研究較少 。基于此，研究在普通橡膠瀝青混合料的基礎上，選用GF和 LF 纖維進行單摻、混摻配比優化設計，針對不同纖維摻混比例及摻量條件下橡膠瀝青混合料的路用性能和疲勞性能進行了深人分析，旨在為纖維橡膠瀝青混合料在道路建設工程項目中的應用及發展提供理論依據。

1原材料與試驗方案

1.1 原材料

試驗所用瀝青采用70#道路石油瀝青與膠粉制成的橡膠瀝青，相關技術指標如表1所示。

填料采用密度為 的石灰巖礦粉，塑性指數為 2% ，親水系數為0.7，含水量為 0.239% ，加熱安定性良好；集料采用清潔、干燥的玄武巖碎石，密度為 ，軟石摻量為 2.73% ，吸水率為 1.28% ，壓碎值為 13.2% ，堅固性為 3.5% ，磨耗值為 18.9% ，針片狀顆粒含量為 5.3% ，粒徑小于0.075mm 顆粒的摻量（水洗法）為 0.5% ；纖維選用GF纖維和LF纖維，相關技術指標如表2所示。

1.2 試驗方案

按照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTGF40—2017）中細粒式瀝青混合料AC-13型級配的要求進行配合比設計。試驗在普通橡膠瀝青混合料（PT）的基礎上，分別將2種纖維采用單摻、混摻的方式添加至PT中，其中單摻方案是指GF、LF纖維單獨摻入，而混摻方案則為采用GFLF纖維按一定質量比進行交織摻入，研究設計了3種混摻方案，分別為GF： ，且單摻、混摻纖維的摻量均分別控制為占橡膠瀝青混合料質量的 0.1% ！0.2% （204 和 0.4% 。試驗根據JTGE20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》中相關規定標準，基于高溫車轍、低溫小梁彎曲、浸水馬歇爾、凍融劈裂及小梁疲勞等室內試驗，評價了混摻纖維改性橡膠瀝青混合料的路用性能及疲勞性能[-13] 。

2性能試驗分析及結果

2.1 高溫穩定性

不同混摻比例及摻量條件下纖維橡膠瀝青混合料的 高溫車轍試驗結果如圖1所示。

由圖1可知，混合料的動穩定度均隨著混摻纖維摻量的增加呈先增大后減小，其中單摻LF纖維的最佳摻量為 0.2% ，而單摻GF和混摻纖維的較佳摻量為0.3% ，與PT相比，摻人不同適宜纖維后的動穩定度能夠提高 26.9%～33.8% 。分析其原因是LF纖維的吸油率較大，具有一定的吸附和穩定作用，因此適宜的LF纖維能夠起到“增黏穩油”的效果；而GF纖維加筋于瀝青混合料中可形成縱橫交錯的空間網絡結構，對瀝青膠漿和集料起到了良好的“箍鎖”作用，故單摻纖維能夠提高橡膠瀝青混合料的高溫抗變形能力。在纖維摻量超過較佳摻量后，瀝青混合料的動穩定度均有所

降低。究其原因：一是纖維過多導致油石比偏低，使得瀝青混合料的粘結性下降；二是過量的纖維容易與瀝青膠漿產生結團或成束現象，致使混合料形成受力薄弱點。因此，橡膠瀝青混合料的高溫穩定性有所下降[415]。相較于單摻纖維混合料而言，混摻纖維的最佳改性效果更優，說明在LF纖維提供“增黏穩油”的前提下，適當加入一定比例的GF纖維能夠有效增強橡膠瀝青混合料在高溫條件下的抗車轍變形能力。這是由于GF、LF混摻纖維均勻分散在混合料中形成了穩定的三維網狀體系，故而增強了橡膠瀝青混合料的高溫穩定性。

2.2 低溫抗裂性

混摻纖維橡膠瀝青混合料的低溫彎曲試驗結果如圖2所示。

由圖2可以看出，在不同混摻比例情形下，混合料的最大彎拉應變都隨著纖維摻量的增加呈現為先升后降發展趨勢，其中單摻GF和LF纖維的最佳摻量分別為 0.3% .0.2% ，兩者的最大彎拉應變較PT分別增大了 45.4%.36.4% ，說明GF纖維在改善低溫抗開裂性能方面相較于LF纖維更具有優越性；3種混摻纖維的最佳比例均為 0.3% ，其相應的最大彎拉應變與PT相比至少提高了 48.4% ，由此表明低溫環境下混摻纖維的抵抗開裂能力更優。當混摻纖維摻量小于 0.2% 時，GF纖維所占比例越高，橡膠瀝青混合料的最大彎拉應變相應減小；而在混摻纖維摻量超過 0.2% 后，GF纖維比例越大，混合料的最大彎拉應變則越大。分析原因是GF纖維的吸油穩漿能力較弱，較少的GF纖維在抗拉伸過程中無法明顯發揮自身的橋接、抗拉等作用，但適宜比例的混摻纖維則能充分體現復配效應[16]

2.3 水穩定性能

不同混摻比例及摻量條件下纖維橡膠瀝青混合料的抗水損害性能試驗結果如圖3所示。

由圖3可知，混合料的凍融劈裂強度比及浸水殘留穩定度均隨著纖維摻量的增加呈先升后降發展趨勢，無論是單一纖維或混合纖維的摻加都能夠在一定程度上改善混合料的抗水損害性能。在纖維摻量為 0.2% 時，單摻LF纖維的凍融劈裂強度比和浸水殘留穩定度較PT分別增大了4.7%3.5%，而在纖維摻量為 0.3% 時，單摻GF纖維的凍融劈裂強度比和浸水殘留穩定度則較之分別增長了3.3%、2.7%，表明 LF 纖維對混合料水穩定性的最佳改性效果要優于GF纖維，其因是LF纖維的比表面積大，能夠吸附一部分的瀝青，使得瀝青膜厚度增加，同時LF纖維可提高瀝青膠漿的黏度，增大瀝青混合料的粘聚力，從而改善瀝青混合料的抗水損害性能[17-18]。3種混摻纖維對混合料抗水損害性能的最佳改善效果均優于單摻纖維，其中LF纖維比例越大，橡膠瀝青混合料的抗水損害性能越優，說明適宜比例的混摻纖維不僅能體現LF纖維“增黏穩油”的特點，還可發揮GF纖維的“箍鎖”的優勢，故而有效提升了橡膠瀝青混合料的抗水損害性能。

2.4 疲勞耐久性

不同混摻比例及摻量條件下纖維橡膠瀝青混合料的抗疲勞耐久性試驗結果如圖4所示。

由圖5可知，隨著纖維摻入比例的增大，橡膠瀝青混合料的疲勞壽命次數變化趨勢都表現為先升后降，不同纖維的摻入均能一定程度提高橡膠瀝青混合料的疲勞性能，單摻LF纖維的最佳摻量為0.2%，其他纖維的最佳摻量則均為0.3%；在最佳纖維摻量前提下，纖維改性橡膠瀝青混合的疲勞壽命較普通混合料至少增大了45.6%以上，其中單摻GF 纖維對混合料疲勞壽命的增幅要大于單摻LF纖維，而3種混摻纖維的增幅則均高于單摻纖維，分析原因為GF纖維的彈性模量、抗拉強度都特別大，在瀝青混合料中能起到良好的加筋、增韌、阻裂等作用，故可有效改善混合料的抗疲勞性能；而適宜比例混摻纖維中的LF纖維能提供一定吸附、增黏作用，因此可進一步增強橡膠瀝青混合料的抗疲勞性能[19-20] 。

3結語

（1）LF纖維在橡膠瀝青混合料中能夠提供增黏、穩油、吸附的效果，而GF纖維則起到了良好的加筋、增韌、阻裂作用；（2）GF、LF纖維的單摻或者混摻均能有效提升橡膠瀝青混合料的路用性能及疲勞性能，與單摻 GF 纖維相比，單摻LF纖維對橡膠瀝青混合料水穩定性能的改善效果更優，但對其它路用性能的改善效果略差；（3）與單摻纖維橡膠瀝青混合料相比，采用適宜比例與摻量的混摻纖維能更為顯著地提升其路用性能及疲勞性能。因此，建議采用摻量為0.3%，比例為GF：LF=2：1的混摻纖維，能夠進一步優化橡膠瀝青混合料的服役性能。

【參考文獻】

[1] 嚴超群，呼加瑞，謝李.一種改性廢舊橡膠透水混凝土制備及性能試驗[J].粘接，2023，50（2）：13-17.

[2] 曹青霞，王云.SMA-13石墨烯復合橡膠瀝青混合料性能優化研究[J].公路，2023，68（4）：347-352.

[3] 呂悅晶，盧冰，簡川，等.溫拌劑對橡膠瀝青流變特性的影響研究[J].武漢理工大學學報，2023，45（3）：45-52

[4] 李昌輝，倪廣聰，徐希忠，等.不同膠粉摻量下橡膠瀝青混合料路用性能分析［J].科學技術與工程，2023，23（6）：2595-2605.

[5] 余苗，趙曉寧，陳海峰，等.橡膠顆粒改性瀝青混合料黏彈性研究[J].公路交通科技，2023，40（2）：1-7.

[6] 杜夢雅，孫啟恒，張琛，等.白炭黑/橡膠復合改性瀝青及其混合料路用性能研究[J].石油瀝青，2022，36（6）：11-17.

[7] 周志剛，蔡揚發，譚軍.聚酯纖維對橡膠改性瀝青混凝土性能的影響[J].長沙理工大學學報（自然科學版），2021，18（2） ：1-8.

［8］宋琿.玻璃纖維橡膠瀝青碎石封層層間粘接性能及用量優選[J].四川建筑，2022，42（3）：295-297.

[9] 展宏圖，柳力.玄武巖纖維/橡膠復合改性瀝青膠漿路用性能研究[J].中外公路，2020，40（1）：253-257.

[10] 唐芳.木質素纖維與橡膠瀝青復合改性高RAP摻量溫拌再生混合料路用性能與耐久性研究[J].公路，2017，62（10） ：201-207.

[11] 卜春鋒.硅藻土對橡膠改性瀝青混合料路用性能的影響研究[J].合成材料老化與應用，2023，52（2）：75-77.

[12]李任瓊，李紹珍，曹云美，等.環形加載試驗下橡膠瀝青再生公路路面的抗裂性能檢測研究［J].粘接，2023，50（9） ：27-30.

[13] 李琨，卞俊威，韓鵬，等.聚乙烯對膠粉改性瀝青及其混合料性能的影響研究[J].合成材料老化與應用，2023，52（6） ：83-86.

[14] 王志斌，郭昆朋，劉棟，等.橡膠瀝青混合料抗裂性能影響因素及敏感性分析［J].新型建筑材料，2023，50（9） ：151-155.

[15] 柳力，朱曉明，劉朝暉，等.鋼渣摻量對橡膠瀝青混合料ARAC－13性能的影響[J].材料導報，2023，37（10）：66-72.

[16] 袁順軍.基于永久性路面的高摻量橡膠瀝青及混合料疲勞特性研究[D].重慶：重慶交通大學，2023.

[17] 曹青霞，王云.SMA-13石墨烯復合橡膠瀝青混合料性能優化研究[J].公路，2023，68（4）：347-352.

[18] 張策.煤矸石粉改性橡膠瀝青混合料路用性能研究[D].石家莊：石家莊鐵道大學，2023.

[19] 葉瓊瓏.橡膠瀝青混合料薄層罩面技術在國道G210路面養護中的應用[J].西部交通科技，2023（6）：92-95.

[20] 馬前進.橡膠瀝青混凝土在市政道路瀝青路面修復工程中的性能分析[J].粘接，2022，49（1）：184-187.（責任編輯：蘇幔）