林 丽， 魏永强， 陈丽芳

1郑州市弘锐工程技术咨询有限公司（450002） 2郑州市交通规划勘察设计研究院（450002）3郑州市交通规划勘察设计研究院（450002）

0 引言

纤维增强沥青混凝土以其优良的路用性能,受到越来越多的重视。对于纤维沥青混凝土路用性能的研究，主要以实验为依托,研究纤维沥青胶浆的性能、纤维沥青混凝土的高、低温等路用性能以及纤维沥青混凝土的动态性能,运用复合材料理论、界面化学理论等对纤维的增强作用进行分析和探讨[1-4]。总结这些研究成果,仍存在一些不足。首先，不同类型的纤维在SMA沥青混合料中增强作用机理还需进一步完善；掺入纤维后SMA沥青混合料的水稳定性指标与飞散损失之间的关系需要进一步完善；最后，纤维的高温性能增强作用机理需要进一步研究。本文通过在SMA-13沥青混合料中外掺木质素纤维和玄武岩矿物纤维肯塔堡飞散试验、水稳定性试验和高温车辙试验，分析沥青马蹄脂构成及作用机理，分析纤维在SMA中的高温稳定性增强机理。

1 原材料及试验方法矿料级配

试验采用AH-70沥青，CF和玄武岩矿物纤维(basalt mineral fiber， 简称 BF)。CF掺量分别为 0.25%、0.30%和0.35%，BF掺量为0.35%、0.40%和0.45%。由初步试验确定的SMA-13矿料的设计目标级配见表1。

表1 SMA-13级配

2 肯塔堡飞散试验

图1 纤维用量对SMA飞散损失的影响

肯塔堡飞散试验（Cantabro Test）是西班牙肯塔堡大学（Cantabria Uniersity）为排水性开级配沥青混合料而开发的一种试验方法，现在经过许多国家的应用，已经扩展到用来确定沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）、排水性开级配磨耗层沥青混合料（OGFC）、抗滑表层沥青混合料（AK）、沥青碎石（AM）或乳化沥青碎石混合料（ES）等用作路面表面层时是否发生集料飞散的通用试验方法[3]，用于检验集料与沥青结合料的黏结力。

图1给出了两类纤维在不同掺量下对SMA混合料飞散损失的影响。试验结果表明:

1）飞散损失随纤维用量的增加没有明显的变化趋势,但却随纤维沥青胶浆含量的增加有明显降低的规律。这是由于飞散损失是反映沥青对集料黏附性能优劣的指标。纤维通过吸附沥青中的轻质油分而形成的增黏作用,可以提高集料之间的黏结力[3]。因而飞散损失是纤维和沥青共同作用的结果。

2）对木质素纤维SMA混合料，0.3%纤维用量下的飞散损失最大。这是由于0.3%纤维用量下的油石比最小，集料表面未形成足够厚的纤维沥青胶浆膜,说明纤维和沥青也应有一最佳组成，只有在最佳组成条件下，才可充分发挥纤维沥青胶浆对集料间黏结力的增强作用,从而提高集料抵抗飞散的能力。

3）在纤维用量和沥青用量以最佳组成增加的条件下,SMA混合料的飞散损失逐渐减小,这是由于纤维用量的增加使纤维形成的空间网络结构效应增强，提高了沥青的黏度，同时油石比的增加使混合料中纤维沥青胶浆的含量增大,有效提高了对集料的黏结环裹效应。

4）两种纤维在相同的沥青用量下，矿物纤维飞散损失高于木质素纤维,这表明木质素纤维的增黏效果优于矿物纤维。

3 水稳定性试验

按照文献[4-5]规定的浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验两种试验方法来评价SMA混合料的抗水损害性能。图2分别给出了两种纤维在不同掺量下对SMA浸水残留稳定度MS0和冻融劈裂强度比TSR的影响。可以看出，随纤维用量的增大，两种纤维的SMA混合料水稳定性指标呈现不同的规律性。木质素纤维SMA混合料的耐水损害能力无明显的变化趋势，而矿物纤维SMA混合料的耐水损害能力却随纤维用量的增加而提高。这是由于两种纤维具有不同的物理性能及复合沥青时具有不同的作用机理，同时，两种试验条件的不同也是造成试验结果不尽相同的根本原因。CF改善沥青混合料水稳定性的机理在于木质素纤维质地疏松,表面粗糙，成多孔性，多侧向分枝，对沥青的吸附能力强，从而增大沥青用量，提高沥青饱和度；并且使黏附在矿料上的结构沥青膜变厚，降低了水对沥青胶浆的浸蚀破坏作用，使混合料抗水损害能力增强[6-7]。可见，CF改善沥青混合料的关键在于增大了裹覆矿料的沥青膜厚度,依靠纤维沥青胶浆对矿料黏附性的提高来改善矿料间的黏结力，在不增加沥青用量，仅依靠增加纤维用量来改善沥青混合料水稳定性的方法是达不到理想效果的。显然，纤维沥青胶浆的含量越大，沥青膜厚度越大，抗水剥离的能力就越强，模拟静态环境的浸水残留稳定度值MS0就越大。因而，随木质素纤维掺量的增加，SMA混合料的冻融劈裂强度比TSR呈现减小的趋势。

对BF形成的SMA混合料,MS0及TSR均随纤维用量的增大而增大。玄武岩矿物纤维可充分吸附沥青，增加沥青用量,从而使矿料表面的沥青油膜变厚，提高了油膜的内聚力，增强集料之间的黏结力，使沥青膜不易被水剥离破坏，从而使混合料处于稳定状态。因而，玄武岩纤维SMA混合料的MS0随BF用量的提高而提高。玄武岩纤维限制了沥青因温度应力产生的收缩开裂及水形成冰时因体积膨胀对沥青膜的胀裂。这样，当试件放入60℃水浴后，冰再次融化为水时，由于沥青膜的裂缝随纤维用量的提高而减少,使水分沿沥青膜的裂缝进入集料与沥青膜之间的量减少,水对沥青膜的剥离作用随纤维沥青胶浆的增大而降低,因而表现出随纤维用量的增大，玄武岩矿物纤维SMA混合料的冻融劈裂强度比TSR有逐渐提高的趋势。

4 结论

1）SMA混合料的飞散损失随纤维沥青胶浆含量的增加而降低，合适的纤维掺量下，木质素纤维SMA混合料的动稳定度高于矿物纤维的动稳定度，木质素纤维的增黏、增强效果优于矿物纤维。

2）随纤维用量的增大，两种纤维的SMA混合料水稳定性指标呈现不同的规律性:木质素纤维SMA混合料的耐水损害能力无明显的变化趋势,而矿物纤维SMA混合料的耐水损害能力却随纤维用量的增加而提高。这是由于两种纤维具有不同的物理性能及复合沥青时具有不同的作用机理，同时,两种试验条件的不同也是造成试验结果不尽相同的根本原因。

[1] 张争奇,李平,王秉纲.纤维和矿粉对沥青胶浆性能的影响[J].长安大学学报(自然科学版),2005,25(5):140-143

[2] 廖卫东,吴少鹏,张继宁等.聚酯纤维对SMA性能影响的研究[J].公路，2004，(4):124-126

[3] 沈金安.改性沥青与SMA路面[M].北京：人民交通出版社，1999:148-225

[4] JTJ052-2000,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京:人民交通出版社，2000.8

[5] SHC F40-01-2002,公路沥青马蹄脂碎石路面技术指南[S].北京:人民交通出版社,2002,7

[6] 彭波,李文瑛,戴经梁.纤维在沥青混合料中应用的研究[J].中南公路工程,2003,28(2):44-46

[7] 李文瑛,韩柳,关宁峰.纤维对沥青混合料性能影响的研究[J].辽宁交通科技,2004,(2):14-16

[8] 刘晓芬,黄卫东.木质纤维在SMA中的性能评价[J].公路，2004，(8):239-241