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道路面層作為道路結構中重要的組成部分，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，因此被廣泛應用于道路面層材料中。
隨著我國基礎設施建設工程的增加，廢棄材料的再利用已逐漸成為道路面層材料設計的首選。許多學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，包括向瀝青混合料中摻加玄武巖纖維、木質素纖維、玉米秸稈纖維、玻璃纖維、碳納米纖維等材料，并對改良瀝青混合料的路用性能和作用機理進行研究。
木質素纖維表面積大，纖維細長、多孔，纖維素和木質素相互作用，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，通過甘蔗殘渣制備木質素纖維，將摻加木質素纖維的改良瀝青混合料作為該項目K1+158.045—K2+159.837段道路路面的面層，對摻加木質素纖維的改良瀝青混合料的礦料級配、瀝青最佳用量、木質素纖維最佳摻量、混合料路用性能等進行試驗計算。
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，路面等級為一級公路，采用雙向四車道，設計時速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，本工程擬從甘蔗殘渣中提取木質素纖維，將其摻加到透水瀝青混合料中，并以K1+158.045—K2+159.837段為試驗段，進行路用性能試驗，分析木質素纖維對透水瀝青混合料性能的影響。
2改良瀝青混合料原材料設計
2.1瀝青
瀝青采用SBS改性瀝青，其技術指標如表1所示。
表1SBS改性瀝青技術指標
指標項目 | 技術要求 | 試驗結果 |
針入度（25℃)/（0.1mm） | ≥40 | 61 |
延度（5℃,5cm/min） | ≥20 | 27 |
軟化點(℃) | ≥45 | 63 |
運動黏度（135℃)/（Pa·s） | ≤3 | 2.78 |
閃點/℃ | ≥230 | 265 |
溶解度（%） | ≥99 | 99.7 |
2.2集料
粗集料采用安山巖碎石，其具有強度高、密度大、孔隙率低、耐久性強等特點；細集料采用人工砂（機制砂），其具有級配穩(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；礦粉采用白云石礦粉，其具有強度高、化學穩(wěn)定性好、耐火性好等特點，本工程采用的安山巖碎石和機制砂各項技術指標均符合規(guī)范要求，具體如表2、表3所示。
表2安山巖碎石技術指標
指標項目 | 技術要求 | 試驗結果 |
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 | ≥4 | 4.2 |
表3機制砂技術指標
指標項目 | 技術要求 | 試驗結果 |
表觀密度/（g/cm3） | ≥2.5 | 2.8 |
堅固性（%） | ≥12 | 15.6 |
含泥量（%） | ≤3 | 1.78 |
棱角性/s | ≥30 | 38 |
2.3木質素纖維
在進行木質素纖維改良瀝青混合料制備前，需對所采用的木質素纖維性能指標進行檢測，如
表4所示，可知木質素纖維滿足性能要求。木質素纖維的制備主要包括原料采集、粉碎、預處理、煉制和成型等環(huán)節(jié)。先將甘蔗殘渣放入破碎機中進行攪拌和破碎，提取出木質素納米纖維素，用過氧化氫涂刷去除木質素發(fā)色團，再進行熱壓處理。
表4木質素纖維技術指標
指標項目 | 技術要求 | 試驗結果 |
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計
3.1礦料級配
透水瀝青混合料的透水性能要求較高，本項目采用的礦料級配類型為PAC-16（中粒式）透水瀝青，根據(jù)相關技術規(guī)程中對PAC-16級配范圍的規(guī)定，本工程PAC-16級配設計如表5所示。
表5PAC-16透水瀝青級配設計
表5（續(xù)）
篩孔尺寸/mm | 通過左側篩孔尺寸（mm）的質量百分率（%） | ||
上限值 | 下限值 | 設計值 | |
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、飛散試驗、馬歇爾試驗確定改良瀝青混合料的最佳瀝青用量，流程如圖1所示。先通過析漏試驗評價瀝青混合料中過剩瀝青的多少，再通過飛散試驗評價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，制備馬歇爾試件，測定并計算試件的物理指標和力學指標，以確定最佳瀝青用量并進行配合比設計檢驗。基于此，確定出瀝青用量為4.5%時，改良瀝青混合料的綜合性能最佳。
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篩孔尺寸/mm | 通過左側篩孔尺寸（mm）的質量百分率（%） | ||
上限值 | 下限值 | 設計值 | |
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、飛散試驗、馬歇爾試驗確定改良瀝青混合料的最佳瀝青用量，流程如圖1所示。先通過析漏試驗評價瀝青混合料中過剩瀝青的多少，再通過飛散試驗評價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，制備馬歇爾試件，測定并計算試件的物理指標和力學指標，以確定最佳瀝青用量并進行配合比設計檢驗?；诖耍_定出瀝青用量為4.5%時，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木質素纖維改良瀝青混合料路用性能研究
4.1木質素纖維最佳摻量
為準確研究木質素纖維改良瀝青混合料的路用性能，首先需要確定木質素纖維的最佳摻加量。本文共設計了6種摻加比例，并對摻加了木質素纖維的透水瀝青混合料進行試驗，馬歇爾試驗結果如表6所示。
表6不同木質素纖維摻量改良瀝青混合料的測定參數(shù)值
木質素纖維摻量（%） | 0 | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.6 | 0.8 |
動穩(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，木質素纖維摻量從0增大到0.4%時，動穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度在內(nèi)的各測定參數(shù)值不斷增大，說明摻入木質素纖維后的瀝青混合料性能提高，但摻量超過0.4%時，各項測定參數(shù)值不斷減小，說明過量摻入木質素纖維并不會大幅度提升混合料的性能，其原因是過量的木質素纖維易發(fā)生團聚現(xiàn)象，反而無法發(fā)揮作用。因此，本工程木質素纖維的最佳摻量為0.4%。
4.2高溫穩(wěn)定性研究
通過車轍試驗確定改良瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，分別對不摻加木質素纖維和摻加0.4%木質素纖維的瀝青混合料進行試驗，試驗結果如表7所示。
表7木質素纖維改良瀝青混合料車轍試驗結果
木質素纖維摻量（%） | 動穩(wěn)定度/（次/mm） | 變異系數(shù)（%） | 相對變形量/mm |
0 | 1030 | 10.50 | 2.63 |
0.4 | 1360 | 7.42 | 1.52 |
由表7可知，摻加了0.4%木質素纖維的改良瀝青混合料動穩(wěn)定度較大，變異系數(shù)較低，相對變形量較小，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素纖維具有較高的耐熱性，同時，纖維素和木質素相互作用，增大了瀝青膠漿的黏性，提高了軟化點，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、浸水馬歇爾試驗對改良瀝青混合料的水穩(wěn)定性進行研究，為了更清晰、直觀地分析瀝青混合料的水穩(wěn)定性，同樣對兩種典型摻量（0、0.4%）的木質素纖維進行試驗，試驗結果如表8所示。
表8凍融劈裂試驗和浸水馬歇爾試驗結果
木質素纖維摻量 （%） | 浸水48h穩(wěn)定 度/kN | 殘留穩(wěn)定度 （%） | 凍融后強度 /MPa | 劈裂強度比 （%） |
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、凍融強度較高，水穩(wěn)定性較好。主要原因是木質素纖維的摻入，增大了瀝青層的橋接作用，使水對瀝青的剝離作用減弱，同時，纖維素和木質素相互作用，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性，使瀝青混合料的水穩(wěn)定性得到了進一步提高。
5結束語
本文基于廣西某道路改造工程，從甘蔗殘渣中提取出木質素纖維，將木質素纖維瀝青混合料作為該項目K1+158.045—K2+159.837段道路的路面面層材料。針對摻加木質素纖維改良瀝青混合料的原材料和配合比，設計了6種不同的木質素纖維摻量，通過馬歇爾試驗，獲得木質素纖維最佳摻量，并對木質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%木質素纖維時，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、凍融強度、水穩(wěn)定性均較高。
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