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道路面層作為道路結(jié)構(gòu)中重要的組成部分，直接承受車輛荷載作用下產(chǎn)生的豎向力、水平力和沖擊力，需要具有較高的剛度、強(qiáng)度、耐久性和穩(wěn)定性。透水瀝青混合料（OGFC）相較于傳統(tǒng)的瀝青混合料，具有排水性能良好、噪聲低、抗滑性能較高等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于道路面層材料中。
隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的增加，廢棄材料的再利用已逐漸成為道路面層材料設(shè)計(jì)的首選。許多學(xué)者提出了通過摻加纖維來提高透水瀝青混合料路用性能的方法，包括向?yàn)r青混合料中摻加玄武巖纖維、木質(zhì)素纖維、玉米秸稈纖維、玻璃纖維、碳納米纖維等材料，并對(duì)改良瀝青混合料的路用性能和作用機(jī)理進(jìn)行研究。
木質(zhì)素纖維表面積大，纖維細(xì)長、多孔，纖維素和木質(zhì)素相互作用，具有較好的吸油性、吸水性、柔韌性，經(jīng)過耐高溫處理后，具有較高的耐熱性，且可采用廢棄材料進(jìn)行制備，環(huán)保性較好。廣西是我國主要的甘蔗產(chǎn)區(qū)，本文基于廣西某道路改造工程，通過甘蔗殘?jiān)苽淠举|(zhì)素纖維，將摻加木質(zhì)素纖維的改良瀝青混合料作為該項(xiàng)目K1+158.045—K2+159.837段道路路面的面層，對(duì)摻加木質(zhì)素纖維的改良瀝青混合料的礦料級(jí)配、瀝青最佳用量、木質(zhì)素纖維最佳摻量、混合料路用性能等進(jìn)行試驗(yàn)計(jì)算。
1工程概況
本工程為廣西某市的主干道路改造工程，道路全長約6.36km，路面等級(jí)為一級(jí)公路，采用雙向四車道，設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h，面層采用瀝青混合料。廣西光熱充足，雨量充沛，無霜期長，其甘蔗播種面積和產(chǎn)量居全國第一位，為了充分利用廢棄材料，提高資源利用率，本工程擬從甘蔗殘?jiān)刑崛∧举|(zhì)素纖維，將其摻加到透水瀝青混合料中，并以K1+158.045—K2+159.837段為試驗(yàn)段，進(jìn)行路用性能試驗(yàn)，分析木質(zhì)素纖維對(duì)透水瀝青混合料性能的影響。
2改良瀝青混合料原材料設(shè)計(jì)
2.1瀝青
瀝青采用SBS改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示。
表1SBS改性瀝青技術(shù)指標(biāo)
指標(biāo)項(xiàng)目 | 技術(shù)要求 | 試驗(yàn)結(jié)果 |
針入度（25℃)/（0.1mm） | ≥40 | 61 |
延度（5℃,5cm/min） | ≥20 | 27 |
軟化點(diǎn)(℃) | ≥45 | 63 |
運(yùn)動(dòng)黏度（135℃)/（Pa·s） | ≤3 | 2.78 |
閃點(diǎn)/℃ | ≥230 | 265 |
溶解度（%） | ≥99 | 99.7 |
2.2集料
粗集料采用安山巖碎石，其具有強(qiáng)度高、密度大、孔隙率低、耐久性強(qiáng)等特點(diǎn)；細(xì)集料采用人工砂（機(jī)制砂），其具有級(jí)配穩(wěn)定、粉塵含量低、成本低、環(huán)?？沙掷m(xù)、原料來源廣泛等特點(diǎn)；礦粉采用白云石礦粉，其具有強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐火性好等特點(diǎn)，本工程采用的安山巖碎石和機(jī)制砂各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，具體如表2、表3所示。
表2安山巖碎石技術(shù)指標(biāo)
指標(biāo)項(xiàng)目 | 技術(shù)要求 | 試驗(yàn)結(jié)果 |
壓碎值（%） | ≤28 | 5.63 |
沖擊值（%） | ≤28 | 12.1 |
吸水率（%） | ≤3 | 1.78 |
表觀密度/（g/cm3） | ≥2.5 | 2.62 |
瀝青與石料的黏附性等級(jí) | ≥4 | 4.2 |
表3機(jī)制砂技術(shù)指標(biāo)
指標(biāo)項(xiàng)目 | 技術(shù)要求 | 試驗(yàn)結(jié)果 |
表觀密度/（g/cm3） | ≥2.5 | 2.8 |
堅(jiān)固性（%） | ≥12 | 15.6 |
含泥量（%） | ≤3 | 1.78 |
棱角性/s | ≥30 | 38 |
2.3木質(zhì)素纖維
在進(jìn)行木質(zhì)素纖維改良瀝青混合料制備前，需對(duì)所采用的木質(zhì)素纖維性能指標(biāo)進(jìn)行檢測，如
表4所示，可知木質(zhì)素纖維滿足性能要求。木質(zhì)素纖維的制備主要包括原料采集、粉碎、預(yù)處理、煉制和成型等環(huán)節(jié)。先將甘蔗殘?jiān)湃肫扑闄C(jī)中進(jìn)行攪拌和破碎，提取出木質(zhì)素納米纖維素，用過氧化氫涂刷去除木質(zhì)素發(fā)色團(tuán)，再進(jìn)行熱壓處理。
表4木質(zhì)素纖維技術(shù)指標(biāo)
指標(biāo)項(xiàng)目 | 技術(shù)要求 | 試驗(yàn)結(jié)果 |
纖維長度/mm | ≤6 | 6 |
pH值 | 7.5±1 | 7.2 |
含水率（%） | ≤5 | 4.3 |
3改良瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)
3.1礦料級(jí)配
透水瀝青混合料的透水性能要求較高，本項(xiàng)目采用的礦料級(jí)配類型為PAC-16（中粒式）透水瀝青，根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)程中對(duì)PAC-16級(jí)配范圍的規(guī)定，本工程PAC-16級(jí)配設(shè)計(jì)如表5所示。
表5PAC-16透水瀝青級(jí)配設(shè)計(jì)
表5（續(xù)）
篩孔尺寸/mm | 通過左側(cè)篩孔尺寸（mm）的質(zhì)量百分率（%） | ||
上限值 | 下限值 | 設(shè)計(jì)值 | |
1.18 | 18 | 6 | 43 |
0.6 | 15 | 4 | 8 |
0.3 | 12 | 3 | 10 |
0.15 | 8 | 3 | 7 |
0.075 | 6 | 2 | 4 |
3.2最佳瀝青用量
通過析漏試驗(yàn)、飛散試驗(yàn)、馬歇爾試驗(yàn)確定改良瀝青混合料的最佳瀝青用量，流程如圖1所示。先通過析漏試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料中過剩瀝青的多少，再通過飛散試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料在荷載作用下（汽車荷載、其他作用）的集料飛散程度，最后通過馬歇爾試驗(yàn)，制備馬歇爾試件，測定并計(jì)算試件的物理指標(biāo)和力學(xué)指標(biāo)，以確定最佳瀝青用量并進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)?；诖耍_定出瀝青用量為4.5%時(shí)，改良瀝青混合料的綜合性能最佳。
5
篩孔尺寸/mm | 通過左側(cè)篩孔尺寸（mm）的質(zhì)量百分率（%） | ||
上限值 | 下限值 | 設(shè)計(jì)值 | |
1.18 | 18 | 6 | 43 |
0.6 | 15 | 4 | 8 |
0.3 | 12 | 3 | 10 |
0.15 | 8 | 3 | 7 |
0.075 | 6 | 2 | 4 |
3.2最佳瀝青用量
通過析漏試驗(yàn)、飛散試驗(yàn)、馬歇爾試驗(yàn)確定改良瀝青混合料的最佳瀝青用量，流程如圖1所示。先通過析漏試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料中過剩瀝青的多少，再通過飛散試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料在荷載作用下（汽車荷載、其他作用）的集料飛散程度，最后通過馬歇爾試驗(yàn)，制備馬歇爾試件，測定并計(jì)算試件的物理指標(biāo)和力學(xué)指標(biāo)，以確定最佳瀝青用量并進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)?；诖耍_定出瀝青用量為4.5%時(shí)，改良瀝青混合料的綜合性能最佳。
圖1瀝青最佳用量確定流程
4木質(zhì)素纖維改良瀝青混合料路用性能研究
4.1木質(zhì)素纖維最佳摻量
為準(zhǔn)確研究木質(zhì)素纖維改良瀝青混合料的路用性能，首先需要確定木質(zhì)素纖維的最佳摻加量。本文共設(shè)計(jì)了6種摻加比例，并對(duì)摻加了木質(zhì)素纖維的透水瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)，馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。
表6不同木質(zhì)素纖維摻量改良瀝青混合料的測定參數(shù)值
木質(zhì)素纖維摻量（%） | 0 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.6 | 0.8 |
動(dòng)穩(wěn)定度×103/（次/mm） | 1.03 | 1.15 | 1.25 | 1.36 | 1.28 | 1.17 |
殘留穩(wěn)定度（%） | 84.31 | 85.69 | 86.31 | 87.95 | 86.33 | 85.26 |
劈裂強(qiáng)度比（%） | 82.67 | 84.86 | 86.58 | 87.23 | 86.63 | 85.15 |
彎曲模量×103/MPa | 2.49 | 2.58 | 2.63 | 2.71 | 2.69 | 2.53 |
由表6可知，木質(zhì)素纖維摻量從0增大到0.4%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度在內(nèi)的各測定參數(shù)值不斷增大，說明摻入木質(zhì)素纖維后的瀝青混合料性能提高，但摻量超過0.4%時(shí)，各項(xiàng)測定參數(shù)值不斷減小，說明過量摻入木質(zhì)素纖維并不會(huì)大幅度提升混合料的性能，其原因是過量的木質(zhì)素纖維易發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，反而無法發(fā)揮作用。因此，本工程木質(zhì)素纖維的最佳摻量為0.4%。
4.2高溫穩(wěn)定性研究
通過車轍試驗(yàn)確定改良瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，分別對(duì)不摻加木質(zhì)素纖維和摻加0.4%木質(zhì)素纖維的瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。
表7木質(zhì)素纖維改良瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果
木質(zhì)素纖維摻量（%） | 動(dòng)穩(wěn)定度/（次/mm） | 變異系數(shù)（%） | 相對(duì)變形量/mm |
0 | 1030 | 10.50 | 2.63 |
0.4 | 1360 | 7.42 | 1.52 |
由表7可知，摻加了0.4%木質(zhì)素纖維的改良瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度較大，變異系數(shù)較低，相對(duì)變形量較小，僅有1.52mm，高溫穩(wěn)定性好。原因是經(jīng)過耐高溫處理后的木質(zhì)素纖維具有較高的耐熱性，同時(shí)，纖維素和木質(zhì)素相互作用，增大了瀝青膠漿的黏性，提高了軟化點(diǎn)，從而提升了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。
4.3水穩(wěn)定性研究
采用凍融劈裂試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)對(duì)改良瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行研究，為了更清晰、直觀地分析瀝青混合料的水穩(wěn)定性，同樣對(duì)兩種典型摻量（0、0.4%）的木質(zhì)素纖維進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表8所示。
表8凍融劈裂試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果
木質(zhì)素纖維摻量 （%） | 浸水48h穩(wěn)定 度/kN | 殘留穩(wěn)定度 （%） | 凍融后強(qiáng)度 /MPa | 劈裂強(qiáng)度比 （%） |
0 | 13.56 | 84.75 | 0.085 | 84.65 |
0.4 | 18.12 | 87.03 | 1.078 | 87.19 |
由表8可知，摻加了0.4%木質(zhì)素纖維的改良瀝青混合料浸水48h的穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、凍融強(qiáng)度較高，水穩(wěn)定性較好。主要原因是木質(zhì)素纖維的摻入，增大了瀝青層的橋接作用，使水對(duì)瀝青的剝離作用減弱，同時(shí)，纖維素和木質(zhì)素相互作用，不僅可以防止瀝青在高溫下流淌，還增加了瀝青與集料的黏結(jié)性，使瀝青混合料的水穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步提高。
5結(jié)束語
本文基于廣西某道路改造工程，從甘蔗殘?jiān)刑崛〕瞿举|(zhì)素纖維，將木質(zhì)素纖維瀝青混合料作為該項(xiàng)目K1+158.045—K2+159.837段道路的路面面層材料。針對(duì)摻加木質(zhì)素纖維改良瀝青混合料的原材料和配合比，設(shè)計(jì)了6種不同的木質(zhì)素纖維摻量，通過馬歇爾試驗(yàn)，獲得木質(zhì)素纖維最佳摻量，并對(duì)木質(zhì)素纖維改良瀝青混合料的路用性能（耐高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性）進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)瀝青混合料，摻加0.4%木質(zhì)素纖維時(shí)，改良瀝青混合料性能最佳，高溫穩(wěn)定性較好，浸水48h的穩(wěn)定度、凍融強(qiáng)度、水穩(wěn)定性均較高。
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