对沥青混合料SMA中添加玄武岩纤维和纤维木质素纤维作用的简单分析

1、对沥青混合料SMA中添加玄武岩纤维和木质素纤维作用的简单分析前言SMA混合料可以认为由两部分组成：一是由粗细料构成的空间骨架结构；二是由沥青、矿粉、纤维构成的玛蹄脂。玛蹄脂填充骨架的空隙，形成密实结构的沥青混合料。因此，SMA必须使用纤维材料作为沥青稳定剂。相对SMA来说，普通沥青混合料（AC）对沥青稳定剂无要求，但随着路面的荷载持续增大，改性沥青逐步形成路面的标准配备，相应的沥青稳定剂纤维也被赋予更多的作用特点。1、 纤维的分类纤维种类很多，有天然纤维和人造纤维，有无机纤维和有机纤维。SMA应用初期主要使用石棉纤维，出于对人体健康的考虑，石棉纤维在许多国家已经禁止使用。现在许多新型的纤维材料

2、代替了石棉纤维，在各种路面上应用广泛。1.1 木质素纤维木质素纤维是植物纤维，植物在加工成纸浆和纤维浆液过程中，通过物理、化学处理，形成棉絮状木质素纤维。颗粒状纤维是将木质素纤维与沥青按2：1或4：1质量比拌制而成。木质素纤维原料丰富，价格低廉，在我国使用广泛。其缺点是：易吸水腐烂、耐热耐磨性较差。典型的国产絮状木质素纤维技术性质如表1.1。表1.1 絮状木质素纤维技术性质技术指标标准外观絮状湿度约5%相对密度1.40pH值约7.5粒径分布（AIpine空气筛）800m约85%200m约50%32m约15%1.2 聚酯纤维在聚合物化学纤维中，聚酯纤维(涤纶)和聚丙烯腈纤维(腈纶)是最通用的纤维

3、品种。一般而言，聚酯纤维是人工有机合成纤维，按生产厂家介绍：其分子链长、强度高、在溶剂中不溶胀、吸油率高、耐温性强、分散性好、强度高，能有效改善沥青胶体结构，形成三维分散状态，起到加筋作用，并且能使沥青、矿粉等组分在沥青混合料中均匀分散，可有效地防止胶团和泛油。国内聚酯纤维生产厂家较多，典型的技术性质如表1.2。表1.2 聚酯纤维技术性质名称参数名称参数纤度2.03dtex抗拉强度1200MP直径20m断裂伸长率14.5%密度1.38g/cm2吸油率6.87.0倍熔点250回潮率220纤维数量(根/Kg)8.7亿11亿11亿6.6亿1.4 矿物纤维矿物纤维是由岩石为原料，通过高温抽丝而成，与其

4、它纤维相比，具有较高的抗拉强度，抗老化性能好，高温稳定性尤为出色。在美国，较为推崇使用矿物纤维。许多矿物纤维公司研究人员对木质素纤维吸收沥青这一点有质疑。他们认为：木质素纤维本身有吸收沥青的作用，需要多加0.40.7%的沥青，通常要比矿物纤维多用0.5%的沥青，这些沥青吸收在木质素的中空管中，而被吸入纤维内部的沥青既不增加沥青油膜的厚度，也不提高路面的强度，相反使沥青用量增加，成本提高，所以吸收沥青是优点，也是缺点。另外，木质素纤维受潮后，会影响沥青与集料间的粘结强度。也有研究认为矿物纤维与集料（纤维主要是玄武岩）属同一种材料，耐老化，特别有利于沥青混合料的再生利用。 目前国内使用较多的是玄武

5、岩矿物纤维。其以玄武岩为原料，在1600高温下熔融提炼抽丝而成。据介绍它拥有极好的抗拉强度、良好的抗老化性能、良好的化学稳定性、大范围的工作温度，可以适用于各种沥青混合料。此外，还有矿渣纤维、玻璃纤维、钢渣纤维、钢纤维等等。目前名气较响的福倍安道路专用矿物纤维，性能指标见表1.4。表1.4 福倍安道路专用矿物纤维性能指标项目性能指标直径平均5m长度平均6mm相对密度2.60熔点1500通过率250m95%63m65%2、 纤维拌合情况对比就以下不同纤维的表面情况和使用特点列于表2.1中。表2.1 纤维的技术指标与使用情况对比纤维类型表观性质干拌后表观主要作用推荐应用目标推荐添加量木质素纤维1絮

6、状絮状，无明显纤维特征吸附沥青，提高沥青用量；使用过程中可略延缓沥青老化；SMA0.20.3%木质素纤维2颗粒絮状，无明显纤维特征吸附沥青，提高沥青用量；使用过程中可略延缓沥青老化；SMA0.30.4%聚酯纤维6mm长度絮状，呈现纤维特征形成纤维网络，利用大比表面积粘附沥青；使用过程中提高沥青混合料的抗开裂、抗疲劳性能；SMA、AC0.20.3%聚丙烯腈纤维6mm长度絮状，呈现纤维特征形成纤维网络，利用大比表面积粘附沥青，使用过程中提高沥青混合料的抗开裂、抗疲劳性能；与聚酯纤维比较：聚丙烯腈纤维密度更低，强度更高、韧性更差，耐高温性能略差，易聚团；性能不及聚酯纤维，但可降低用量。SMA、AC0

7、.150.3%玻璃纤维6mm长度散状，呈现纤维特征强度高，但较散，不聚团，与沥青粘附性差，纤维易折断，所以虽然强度高，但不成网状的玻璃纤维无法提供更抗开裂、抗疲劳性能；AC0.30.5%玄武岩纤维1、矿渣纤维絮状单晶体，无明显纤维特征福倍安矿物纤维及某些矿渣纤维为此类特性，由于干拌过程中，较脆的纤维无法保持纤维性态，形成单晶体悬浮于沥青中，无吸附沥青效果，具有一定的增加沥青粘度的改性效果。AC、OGFC0.30.5%本次试用的玄武岩纤维6mm长度散状，呈现纤维特征干拌后较散，无明显聚团，与沥青粘附性一般，对沥青有一定的吸附作用，但较高的密度，无疑在相同添加重量情况下，纤维数量少到无法让纤维形成

8、网络骨架，也就没有加筋作用，吸附沥青的效果也因此受到影响，建议增加用量。AC、SMA0.30.6%一、 原材料及矿料级配沥青结合料使用中海产SBS改性沥青，粗集料采用玄武岩石料，石屑采用卵石加工料，矿粉为石灰岩矿粉。矿料级配采用热料仓4#：3#：2#：1#：矿粉=33:38:6:13:10二、 不同木质纤维混合料性能比较不同材质稳定度 (KN)流值 (0.01cm)空隙率 (%)粒料间空隙率 (%)17饱和度 (%)75-8510.3%木质纤维5.65沥青含量7.88424.11775.920.3%玄武岩纤维5.65沥青含量8.24483.915.274.5三、 试验数据显示1、 同一油石比时

9、，采用玄武岩纤维的SMA混合料稳定度，流值均大于采用木质纤维的SMA混合料,而空隙率则偏小。但是玄武岩纤维混合料的粒料间空隙率、饱和度不符合规范要求。2、 从试验过程中发现玄武岩纤维吸油能力较差，混合料显得富油，不易于施工。3、 本次试用的玄武岩纤维，在0.3%的用量下，基本无法形成网络骨架，其加筋作用基本无体现。吸附沥青的作用使其在AC级配中可使用更多的沥青，使裹覆更完整，强度更高；在SMA中，由于吸附沥青作用相对木质素纤维较差，因此建议增加玄武岩纤维的用量或使用木质素纤维。若使用0.5%以上的用量，则纤维将形成一定的网络彼此搭接，这将大大提高吸附沥青的性能，并且可赋予混合料一定的抗开裂、抗疲劳性能，但由于矿物纤维刚性较大，因此在同体积下，