掺配纤维改良SMA-13级配再生沥青混合料的性能试验分析.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言沥青路面养护时，会形成大量沥青废料，不仅对环境造成严污染，且会造成资源浪费，如何通过科学手段实现对沥青废料的回收利用，已成为当前研究的重点。为此，该文章针对纤维改良SMA-13级配再生沥青混合料路用性能进行综合探究，通过相关试验，确定了最佳改良方案。1 原材料与试验方案1.1 原材料要求1）铣刨料（RAP）：本文试验采用铣刨料为某运营时间超过8年的沥青路面材料，通过专用铣刨机械对沥青路面进行铣刨、碎化、筛分处理，得到铣刨料级配，经试验检测满足技术指标要求。从铣刨料中分离提取沥青材料，并对老化沥青性能进行检测，其主要性能指标满足技术指标要求。2）矿料：粗、细集料均选用优质玄武岩，棱角性良好。3）沥青：采用SBS改性沥青。4）玄武岩纤维（BF）：玄武岩纤维材料选用高温处理的纤维制品，其强度较高，抗拉伸性能优良，能有效保证沥青混合料路用性能。5）木质素纤维（LF）：采用的木质素纤维颜色为灰白色。1.2 试验方案本试验选用SMA-13级配制备混合料，铣刨材料掺配比例控制在0%60%，SMA-13目标级配曲线如图1所示。图1 SMA-13目标级配曲线本试验对单掺木质素、玄武岩纤维条件下的再生混合料路用性能进行分析，并在此基础上针对纤维复掺条件下沥青混合料性能变化规律进行研究。现选取铣刨料掺量为10%的再生混合料进行试验，木质素纤维、玄武岩纤维掺量及混合料油石比如表1所示。表1 沥青混合料油石比木质素纤维掺量（%）0.000.100.150.200.250.30油石比（%）5.605.605.705.705.805.80玄武岩纤维掺量（%）0.000.300.350.400.450.50油石比（%）5.605.705.705.805.805.802 单掺纤维沥青混合料性能研究2.1 高温稳定性能在夏季高温气候条件下，公路沥青路面表层温度通常超过60，在行车荷载反复作用下，沥青混合料会出现失稳侧移现象，形成车辙、坑槽等质量病害，收稿日期：2023-06-16作者简介：郭旋（1991），男，湖北汉川人，工程师，从事公路工程试验检测工作。掺配纤维改良SMA-13级配再生沥青混合料的性能试验分析郭旋（贵州黔通工程技术有限公司，贵州 贵阳 550001）摘要：为有效探究纤维对再生沥青混合料的改良效果，采用木质素纤维与玄武岩纤维对SMA-13混合料进行改良，并通过相关试验对再生混合料高温性能、低温性能及水稳定性能进行分析。结果显示：木质素及玄武岩纤维均能在一定程度上增强再生混合料路用性能，其中，前者水稳定性能较为突出，后者高、低温性能较好；根据相关标准要求，单掺纤维条件下再生混合料最大铣刨料掺量不超过30.0%，而以木质素、玄武岩纤维配比为0.2%和0.4%进行复掺，再生混合料铣刨料掺量可达50.0%，效果更加显著。关键词：沥青混合料；掺量范围；玄武岩纤维中图分类号：U414文献标识码：B7总663期2023年第33期（11月 下）严重降低路用性能。通过试验探究外掺纤维对沥青混合料高温稳定性的影响，经数理统计分析，得到不同铣刨料掺量下动稳定度变化规律：1）随铣刨料掺量的不断增大，再生混合料动稳定度逐渐增大，但增幅越来越小，充分表明两种纤维均能有效提高混合料高温稳定性。2）当铣刨料掺量较小时，相较于单掺木质素纤维时，单掺玄武岩纤维的沥青混合料动稳定度增幅更大，效果更显著；当铣刨料掺量为60%时，单掺两种纤维混合料动稳定度基本相同，全部接近7 000次/mm。3）通过对试验结果的进一步分析发现，当铣刨料掺量较大时，沥青混合料整体强度显著增大，单掺纤维后，其高温性能变化并不明显；工程实践中，混合料动稳定度并非越大越好，动稳定度过大会导致混合料出现硬脆现象，低温条件下容易出现开裂破坏。因此，应结合混合料使用性能变化情况科学确定纤维用量。2.2 低温抗裂性能冬季严寒气候条件下，沥青路面表层温度通常位于0 以下，混合料较为硬脆，极易产生开裂破坏。本文通过低温小梁破坏试验，对不同铣刨料掺量下混合料低温性能进行检测。经数理统计，分析得到各种铣刨料掺量下混合料破坏应变变化规律：1）随铣刨料掺量的不断增大，再生混合料破坏应变逐渐变小。2）未掺加纤维的再生混合料，当铣刨料掺量为20%时，其低温破坏应变低于2 500，无法满足标准要求。3）未掺加铣刨料时，单掺木质素、玄武岩纤维条件下，再生沥青混合料破坏应变分别为3 521 和3 961，均大于2 500，完全符合标准要求。其根本原因在于木质素纤维呈网状结构，对沥青材料具有较强的黏附作用，从而显著提升再生混合料稳定性；玄武岩纤维通过加筋方式将沥青、矿料有效结合在一起，加之纤维自身具有较强的抗拉伸性能，显著增强再生沥青混合料整体抗弯性能，从而有效防止弯拉破坏。4）通过对试验结果的进一步分析发现：在保证再生混合料低温性能满足要求的前提下，单掺木质素或玄武岩时，其铣刨料最大掺量分别为30%和40%，当纤维掺量过大时，再生沥青混合料低温性能基本不再发生变化。2.3 水稳定性沥青路面在雨水及冰雪冻融作用下，极易产生水损破坏，造成集料松散、脱落问题。本文利用浸水马歇尔试验及冻融劈裂强度试验，对不同铣刨料掺量下混合料水稳定性进行检测。经数理统计分析得到各种铣刨料掺量下混合料残留稳定度变化规律：当铣刨料掺量不断增大时，混合料残留稳定度逐渐变小。根据相关标准要求混合料残留稳定度不小于85%，该条件下单掺木质素纤维或玄武岩纤维的再生混合料，其铣刨料掺量均不超过30%。在交通荷载及冻融环境影响下，铣刨料逐渐出现松散，内部孔隙增大，雨雪气候条件下水分渗透进入混合料内部，显著降低新旧混合料之间的结合能力，木质素纤维能有效吸收混合料内部水分，降低结构内部水损破坏，使结构处于稳定状态。由此可见，木质素能有效提升混合料水稳定性。各种铣刨料掺量下混合料冻融劈裂强度比变化曲线如图2所示。图2 不同铣刨料掺量下混合料冻融劈裂强度比变化曲线从图2可知：在保证再生混合料冻融劈裂强度比满足要求的前提下，单掺木质素纤维与单掺玄武岩纤维的混合料铣刨料最大掺量分别为40%和30%。主要是由于混合料受冻融作用影响，其内部材料强度、稳定性等各方面性能明显降低，而木质素纤维絮状结构能有效增强集料与沥青黏结性能，提升结构整体稳定性，延缓混合料性能衰减速率；但当铣刨料掺量过大时，会在一定程度上降低纤维均匀性，使得混合料低温抗裂性能下降。3 复掺纤维沥青混合料性能研究根据上文单掺纤维混合料性能分析结论可知：木质素及玄武岩纤维均能在一定程度上增强再生混合料路用性能，其中，前者水稳定性能较为突出，后者高、低温性能较好；但无论何种类型的纤维，当其掺量达8交通世界TRANSPOWORLD到一定值后，随着掺量的继续增大，再生混合料性能变化不大，所以，综合成本、性能等各方面因素进行考量，应合理确定两种纤维的实际掺量。根据试验检测结果，并通过比较分析，最终确定木质素、玄武岩纤维掺量依次为0.2%和0.4%。对复掺纤维条件下再生混合料性能进行探究，通过相关试验得到不同铣刨料掺量下再生混合料动稳定度、破坏应变、残留稳定度、冻融劈裂强度比变化曲线，如图3、图4所示。图3 不同铣刨料掺量下混合料动稳定度及破坏应变变化曲线图4 不同铣刨料掺量下残留稳定度及冻融劈裂强度比变化曲线由图3、图4可知：复掺纤维条件下，再生混合料路用性能得到大幅度提升。当铣刨料掺量为 60%时，复掺纤维再生沥青混合料动稳定度、冻融劈裂强度比均符合标准要求，但破坏应变与残留稳定度相对较低，达不到标准要求。因此，0.2%木质素与0.4%玄武岩纤维复掺条件下，再生混合料铣刨料最大掺量为50%。当铣刨料掺量为50%时，相较于普通混合料，复掺纤维混合料动稳定度、破坏应变、残留稳定度、冻融劈裂强度比依次提高30.40%、75.06%、5.96%、7.67%。4 结论综上所述，本文通过室内试验，对单掺与复掺纤维条件下再生混合料性能进行探究，得出如下结论：1）木质素及玄武岩纤维均能在一定程度上增强再生混合料路用性能，其中，前者水稳定性能较为突出，后者高、低温性能较好。2）纤维掺量达到一定量后，随着掺量的继续增大，再生混合料性能基本不变，因此应合理确定纤维掺量，以有效降低生产成本。3）以木质素、玄武岩配比为0.2%和0.4%进行复掺改良再生混合料，能有效增强再生混合料路用性能，该条件下铣刨料掺量为50.0%。参考文献：1 李昌宁，刘忠根，张贺.再生沥青混合料低温静态性能分析J.北方建筑，2023，8（4）：5-8，13.2 孙伟，周橙琪，刘洋等.无车辙路用环氧沥青混合料组合结构性能研究J.交通科技，2023（4）：132-135，141.3 程培峰，李世为，张展铭，等.纳米CaCO3/SBS复合改性沥青及混合料性能研究J.森林工程，2022，38（6）：137-145.4 哈米提，胡雅群，许子凯.纤维增强温拌再生沥青混合料路用性能研究J.内蒙古公路与运输，2022（5）：1-3，9.5 李海敏.泡沫温拌沥青混合料水稳定性影响因素分析J.福建交通科技，2022（7）：33-37.6 艾细红.再生集料掺量对热再生沥青混合料力学性能的影响J.福建建材，2022（2）：13-16.7 李杨梅.RAP掺量对再生沥青混合料路用性能的影响J.交通世界，2021（32）：37-39.8 余晖，郑炳锋，黄毅等.泡沫温拌再生沥青混合料力学性能研究J.中外公路，2021，41（4）：277-281.9