复掺纤维再生沥青混合料性能试验研究

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DOI: 10.13379/j.issn.1003-8825.202007023 开放科学（资源服务）标识码（OSID）

复掺纤维再生沥青混合料性能试验研究

徐松，阳兰

（中国市政工程西南设计研究总院有限公司，成都　610081）

摘要：选用木质素纤维和玄武岩纤维对SMA-13级配再生沥青混合料进行改良，对沥青混合料

的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性进行试验研究。结果表明：玄武岩纤维对再生沥青混合料高温

稳定性、低温抗裂性能的改善效果较为显著，而木质素纤维对混合料的水稳定性的增强效果更为明

显；按指标控制要求，单掺木质素纤维或玄武岩纤维沥青混合料对应的铣刨料最大掺量均低于

30.0 %，采用0.2 %木质素纤维和0.4 %玄武岩纤维进行复掺改善再生沥青混合料，铣刨料的掺量最

大可达到50.0 %，有利于提高铣刨料的再生利用率。

关键词：沥青混合料；掺量范围；路用性能；木质素纤维；玄武岩纤维

中图分类号：U416.217 文献标志码：A文章编号：1003 − 8825(2021)02 − 0110 − 06

0 引言

高等级公路大中修工程会产生大量的废旧沥青

混凝土材料，将其进行再生利用已成为绿色筑路新

模式。但是，由于废旧沥青混凝土在长期的路面服

役过程中已存在沥青胶浆老化、集料力学性能下降

等问题，将直接影响沥青路面再生效果和铣刨料再

生利用率[1

3]。

相关学者通过对再生材料的性能优化来提升

再生沥青路面质量水平。黄康旭等[4]采用泡沫温

拌沥青来制备再生沥青路面，认为泡沫沥青再生

沥青混合料（AC-20C级配）的铣刨料掺量最大

可达到40.0 %；张勤玲等[5]采用0.3 %玄武岩纤

维掺入再生沥青混合料中，对其高温性能提升较

为显著；周刚等[6]采用外掺聚酯纤维来增强再生

沥青混合料性能，认为其对混合料的低温和水稳

效果提升幅度有限；董德全[7]采用温拌剂和纤维

两种材料复掺制备再生沥青混合料（AC-13C级

配），认为其对混合料的低温抗裂性能和水稳定

性具有一定提升效果；沈冰等[8]将碱激发材料和

水泥掺入再生沥青混合料中，水泥水化反应后进

一步增强了混合料的强度；黄冲等[9]将废旧橡胶

粉材料以15.0 %比例掺入再生沥青混合料中，混

合料的低温抗裂性提升了约35.0 %。现有研究表

明：再生沥青混合料存在低温抗裂性不足等问

题，采用外掺剂材料可在保障再生沥青混合料

性能的同时，提高铣刨料的再生利用率[10

11]。现

有再生沥青路面应用工程常选择AC密实型级配，

而SMA沥青马蹄脂级配再生利用却缺乏系统

研究[12]。

本文针对SMA-13级配再生沥青混合料，采用

玄武岩纤维和木质素纤维，分别进行单掺和复掺来

研究其对再生沥青混合料性能的影响变化规律，旨

在全面提升沥青路面再生利用技术。

1 原材料与试验方案

1.1 铣刨料（RAP）

研究选用的铣刨料为高速公路服役六年的沥

青面层材料，采用铣刨破碎车组对面层材料铣

刨、破碎、运输至料仓分类存储，在进行再生沥

青混合料室内试验前，需对铣刨料进行均匀拌和

及过筛测算粒径通过率。铣刨料的级配组成，见

图1。

2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

100

通过率/%

孔径/mm

图1铣刨料的级配组成

收稿日期：2020 − 08 − 26

作者简介：徐　松（1984 −），男，四川成都人。高级工程师，主

要从事路桥设计工作。E-mail：5340629@qq.com。

路基工程

· 110 ·Subgrade Engineering 2021年第2期（总第215期）

在此基础上，对铣刨料回收老化沥青性能测

定，铣刨料老化沥青技术指标，见表1。

表1铣刨料老化沥青技术指标

针入度（25℃）/

（0.1mm）

延度（5℃）/

软化点/

℃

旋转黏度/

（Pa·s）

33.5 6.35 62.3 2.25

1.2 矿料

研究采用的粗细集料均为玄武岩，针片状和卵

石含量较少，满足沥青路面施工技术要求，根据粒

径分档不同。

矿料主要技术指标，见表2。

表2矿料主要技术指标

集料粒径/

压碎值/

磨耗值/

毛体积密度/

（g·cm−3）

吸水率/

9.5～15 18.3 20.5 2.865 0.52

4.75～9.5 15.8 17.6 2.845 0.67

2.36～4.75 2.655 0.56

1.3 沥青

研究采用SBS改性沥青制备SMA-13级配再

生沥青混合料，SBS改性沥青技术指标，见表3。

表3SBS改性沥青技术指标

指标针入度/

（0.1mm）

软化点/

℃

运动黏度/

（Pa·s）

延度/

试验结果 65.8 72.5 1.42 33.4

规范要求 60～80 ≥55 ≤3≥30

1.4 玄武岩纤维（BF）

玄武岩纤维是经高温熔炉拉丝形成的纤维制品

材料，具有强度高、韧性强等特点，应用于沥青混

合料中可以在一定程度上提升混合料性能，试验用

玄武岩纤维长度为9 mm。

玄武岩纤维性能指标，见表4。

表4玄武岩纤维性能指标

纤维直径/

密度/

（g·cm−3）

拉伸强度/

MPa

弹性模量/

GPa

断裂延长率/

15.2 2.48 3125 92.6 3.25

1.5 木质素纤维（LF）

本试验选用的木质素纤维呈灰白色，木质素纤

维性能指标，见表5。

表5木质素纤维性能指标

密度/

（g·cm−3）

灰分含量/

%pH值吸油率/

含水率/

2.26 19.3 7.7 6.2 1.2

1.6 试验方案

研究采用SMA-13级配制备再生沥青混合料，

铣刨料的掺量为0 %～60 %不等，SMA-13目标级

配曲线，见图2。

100

通过率/%

2 4 6 8 10 12 14 16 18

孔径/mm

级配上限

级配下限

目标级配

图2SMA-13目标级配曲线

研究分别采用木质素纤维单掺和玄武岩纤维单

掺来改善再生沥青混合料的路用性能，木质素纤维

的掺量为0 %～0.30 %不等，玄武岩纤维的掺量

为0 %～0.50 %不等，在研究再生沥青混合料性能

随铣刨料掺量和纤维掺量变化规律的基础上，探究

纤维复掺对混合料性能影响。

以掺10 %铣刨料的再生沥青混合料为例，木

质素纤维和玄武岩纤维单掺沥青混合料的油石比，

见表6。

表6沥青混合料油石比 %

木质素纤维掺量油石比玄武岩纤维掺量油石比

0 5.6 0 5.6

0.10 5.6 0.30 5.7

0.15 5.7 0.35 5.7

0.20 5.7 0.40 5.8

0.25 5.8 0.45 5.8

0.30 5.8 0.50 5.8

2 单掺纤维沥青混合料性能研究

2.1 高温稳定性能

受高温日晒天气影响，高速公路地表温度常达

到60 ℃以上，易产生混合料迁移变形等病害问

题，严重情况下会产生明显凹陷车辙。研究采用外

掺纤维的方式来提升混合料抗车辙变形能力，沥青

混合料铣刨料掺量与动稳定度的关系曲线，见

图3。

由图3可知：铣刨料掺量的增加会导致混合料

的动稳定度提升，呈“由快到慢”的增长趋势。无

论是单掺木质素纤维还是玄武岩纤维，均对再生沥

青混合料的动稳定度起到一定提升作用。其中，在

徐松，等：复掺纤维再生沥青混合料性能试验研究 · 111 ·

低铣刨料掺量下，单掺玄武岩纤维对动稳定度的提

升效果要明显优于木质素纤维，但铣刨料掺量达

到60 %时，木质素纤维和玄武岩纤维对混合料动

稳定度的提升效果较为接近，均达到7 000次/mm

左右，这与铣刨料本身的材料特性有关，铣刨料表

层被老化沥青胶浆裹附，材质较为坚硬，具有一定

强度。

由图3还可以知道：当过量的铣刨料掺入混合

料中，材料整体的强度等级有明显提升，纤维对其

的增强效果就会削弱，但并非混合料的动稳定度越

高越好，材料强度在得到提升的同时亦会造成硬脆

化现象，在低温环境下易造成开裂损伤。在纤维成

本控制的基础条件下，要根据混合料性能的变化趋

势合理选定纤维掺配比例范围。

0 10 20 30 40 50 60

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

动稳定度/（次·mm−1）

铣刨料掺量/%

0.10%

0.15%

0.20%

0.25%

0.30%

（a）不同木质素纤维掺量

0 10 20 30 40 50 60

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

动稳定度/（次·mm−1）

铣刨料掺量/%

（b）不同玄武岩纤维掺量

0.10%

0.20%

0.30%

0.40%

0.50%

图3沥青混合料铣刨料掺量与动稳定度的关系曲线

2.2 低温抗裂性能

雨雪天气，高速公路地表温度常低于零度，沥

青混合料变得更具硬脆，重载车辆作用下沥青路面

易产生开裂损伤。本研究采用低温小梁破坏试验，

进行混合料低温抗裂性能研究。沥青混合料铣刨料

掺量与破坏应变的关系曲线，见图4。

1600

1400

2000

2400

2800

3200

3600 0%

0.10%

0.15%

0.20%

0.25%

0.30%

0 10 20 30 40 50 60

铣刨料掺量/%

破坏应变/με

（a）不同木质素纤维掺量

破坏应变/με

1500

2000

2500

3000

3500

4000 0%

0.10%

0.20%

0.30%

0.40%

0.50%

0 10 20 30 40 50 60

铣刨料掺量/%

（b）不同玄武岩纤维掺量

图4沥青混合料铣刨料掺量与破坏应变的关系曲线

从图4可知：铣刨料掺量的增加会在一定程

度上降低混合料的破坏应变，表明铣刨料对混合

料的低温抗裂性能会产生劣化影响。对于普通再

生沥青混合料而言，铣刨料掺量达到20 %时就

已达不到规范要求（≥2 500 με），铣刨料掺量

为0 %时，掺木质素纤维混合料破坏应变最大达

到3 521 με，而掺玄武岩纤维最大可达到3 961 με。

木质素纤维材料主要以絮状成分分布在混合料

中，吸收的沥青能够有效对混合料结构进行稳定

增强。而玄武岩纤维以纤维加筋的形式，有效地

将沥青胶浆和碎石材料进行搭接，且纤维本身具

有弹韧性能够有效提升混合料的抗弯拉强度，在

低温环境下不易产生开裂破坏。

上述试验表明：掺木质素纤维的再生沥青混

合料，其铣刨料掺量最多可达到30 %；掺玄武岩

纤维的再生沥青混合料，其铣刨料掺量最多可达

到40 %。无论是木质素纤维还是玄武岩纤维，当

其掺量达到一定程度时，对应混合料的破坏应变

增幅效果不明显，原因是破坏应变主要受材料骨

架结构、胶结料黏结强度等直接影响，尽管外掺

纤维可以对其进行一定性能增强，但无法改变材

料本质性能。

2.3 水稳定性

受雨水冲刷和路面积雪冻融破坏影响，沥青混

合料内部常伴随水损伤影响，会导致混合料产生界

面剥落、松散现象。沥青混合料铣刨料掺量与残留

稳定度的关系曲线，见图5。

由图5可知：铣刨料掺量的增加会降低混合

路基工程

· 112 ·Subgrade Engineering 2021年第2期（总第215期）

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标签： #沥青 #再生 #混合料

摘要：

选用木质素纤维和玄武岩纤维对SMA-13级配再生沥青混合料进行改良，对沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性进行试验研究。结果表明：玄武岩纤维对再生沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性能的改善效果较为显著，而木质素纤维对混合料的水稳定性的增强效果更为明显；按指标控制要求，单掺木质素纤维或玄武岩纤维沥青混合料对应的铣刨料最大掺量均低于30.0 %，采用0.2 %木质素纤维和0.4 %玄武岩纤维进行复掺改善再生沥青混合料，铣刨料的掺量最大可达到50.0 %，有利于提高铣刨料的再生利用率。

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