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

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。

表絮状木质素纤维技术性质

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。

表聚酯纤维技术性质

1.3聚丙烯腈纤维

聚丙烯腈纤维和聚酯纤维一样，同属于人工有机合成聚合物纤维。

国内很多文献均指出：它拥有高抗拉强度、良好的吸油性、耐高温、不溶胀、吸附性强、化学性质稳定等特点。在沥青混合料中，不仅能充当稳定添加剂，更能改善胶体的结构，起到加筋的作用。典型的技术参数如表。

表几种聚丙烯腈纤维技术参数表

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~%的沥青，通常要比矿物纤维多用%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。

表福倍安道路专用矿物纤维性能指标

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中。

表纤维的技术指标与使用情况对比

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

三、试验数据显示

1、同一油石比时，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%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%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，抗开裂、抗疲劳

的加筋效果必不及聚酯纤维和聚丙烯腈纤维。建议在沥青混合料中使用%以上的此类纤维。

综上所述，本次试用的玄武岩纤维具有一定的玻纤的特点，添加后会使沥青混合料性能有所提高，但在吸附沥青作用上不及木质素纤维，在加筋作用上不及聚合物纤维。若价格合适，可在AC混合料中添加使用。