短切玄武岩纤维在SMA中的应用

短切玄武岩纤维在 SMA中的应用 李红涛 1 田艳霞 2 （1.河南工业大学土木建筑学院 郑州 450052；2.河南省交通科学技术研究院 郑州 450006） 摘 要 根据沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）中集料、沥青、纤维、空隙率与矿料间隙率（VMA）之 间的体积关系推导了 VMA与沥青油石比之间的关系，并通过室内试验对其进行了验证；通过 比较掺量为 0.3%木质素纤维沥青玛蹄脂碎石和掺量为 0.4%短切玄武岩纤维沥青玛蹄脂碎石混 合料室内试验结果，验证了短切玄武岩纤维应用于沥青玛蹄脂碎石混合料的可行性。 关键词 短切玄武岩纤维 SMA VMA 中图分类号 U414 文献标识码 A Application of Short Cut Basalt Fiber in SMA Li Hongtao1 Tian Yanxia2 （1.School of Civil and Architecture，Henan University of Industry，Zhengzhou 450052； 2.Henan Traffic Science and Technology Research Institute，Zhengzhou 450006） Abstract： Based on the volume relationship between SMA（including aggregating material， asphalt， fiber，void ratio） and VMA， the relation formula between VMA and asphalt oil-stone ratio is deducted，and verified by laboratory experiment. Through the analysis of SMA with 0.3% wooden fiber and 0.4% short-cut basalt fiber， the possibility of short cut basalt fiber used in SMA is verified. Key words：short cut basalt fiber；SMA；VMA 收稿日期：2010-10-14 作者简介：李红涛，男，1981~，硕士研究生。主要研究方向：路面工程。 沥青马蹄脂碎石（SMA）混合料经过20年的发 展，已经形成了一整套成熟的混合料设计方法。国 内外不同混合料设计方法所提出的技术要求与指标 已经相当一致，其技术指标包括矿料间隙率 （VMA）、空隙率、粗集料骨架间隙率（VCA）、沥 青饱和度（VFA）、最小沥青用量等。本文提出通 过VMA的技术要求快速确定常规SMA沥青混合料 的沥青用量的新方法，并验证新方法的可行性，然 后在级配固定的情况下，通过比较木质素纤维，提 出短切玄武岩纤维在SMA中应用的可行性。 1 VMA决定混合料配合比中的沥青用量 SMA混合料设计是体积设计法的典型代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ，因 此首先从体积分析上来分析VMA在SMA混合料设 计中所起的作用。根据规范规定公式的推导，可以 得出SMA混合料最佳油石比的推导公式。 VMA=VA+VV （1） 式（1）中：VMA为矿料间隙率，VA为沥青体积百分 率，VV为空隙率。 VA= 100×Pa×γf（100+Pa）×γa （2） 式（2）中：Pa为沥青混合料的油石比，γf为沥青 混合料试件的毛体积相对密度，γa为沥青的相 对密度。 文章编号：JL01－0235（2011）01－0005－04 河北交通职业技术学院学报 Journal of Hebei Jiaotong Vocational and Technical College 第 8卷 第 1期 2011年 3月 Vol．8 No．1 Mar． 2011 河北交通职业技术学院学报 2011年 VV=（1- γfγt ）×100 （3） 式（3）中：γt为沥青混合料的理论最大相对密度。 γt= 100+Pa+Px100 γse + Paγa + Pxγx （4） 式（4）中：γse为矿料的有效相对密度。 γse=C×γsa+（1-C）×γsb （5） 式（5）中：γsa为矿料的合成表观相对密度，γsb为矿 料的合成毛体积相对密度，C为合成矿料的沥青吸 收系数。 C=0.333ωx2-0.2936ωx+0.9339 （6） 式（6）中：ωx为合成矿料的吸水率。 ωx=（ 1γsb - 1γsa ）×100 （7） 由以上公式可以推出： Pa=（VMA-VV）（100γx+Pxγse）γa（100-VMA）γxγse （8） 式（8）中：Pa为最佳油石比；Px为纤维掺量；VMA 为矿料间隙率；VV为空隙率；γx为纤维相对密度； γa为沥青相对密度；γse为集料有效相对密度。 由公式（8）和河南省的气候环境可以看出，在 最佳油石比时，VV应为4%；除VMA以外的其他参 数均与材料密度或材料性质有关，如吸水率、C及 纤维用量。一旦沥青、集料、纤维选定，这些参 数即确定。即公式中一旦VMA选定，即可得出最 佳油石比。 在最佳油石比确定的条件下，在规范规定的 级配范围内选取级配中值附近的三个级配进行马 歇尔试验，选取合格级配，进行试验验证。 2 SMA混合料级配的确定 根据新法步骤，进行SMA13混合料设计。沥青 为韩国SK集团的70号基质沥青，纤维为江苏海德 产木质纤维素，集料为三门峡产玄武岩。 （1）首先确定粗、细集料的表观相对密度、毛 体积相对密度，沥青的相对密度，纤维的密度， 结果见表1。确定沥青相对密度为1.031，木质素纤 维密度为1.2 g/cm3，纤维加入量为混合料总质量的 0.3%。 （2）对集料进行筛分，调整级配，配出4.75筛 孔的质量通过率分别为：级配A29.8%、级配B 27.0%、级配C 24.1%的三组级配见表2。各集料所 占比例见表3。 相应可以计算出三组级配的毛体积相对密度、 表观相对密度、集料吸水率W、合成矿料的沥青吸 收系数C。根据公式（8），即VMA取17.2%，VV取4% 时，最佳油石比也同样可以得出。结果见表4。 从表4可以看出，三种级配的最佳油石比均为 6.0%。 （3）根据公式（4）算出混合料的理论最大相对密 度；三组级配采用最佳油石比分别成型马歇尔试 件，每个级配成型4个试件，用马歇尔击实仪双面 击实50次成型试件。采用表干法测试马歇尔试件， 试验结果见表5。 （4）短切玄武岩纤维是一种新型的矿物纤维， 具有许多优于其他纤维的物理特性，短切玄武岩纤 维的物理性能指标见表6。 根据同样的步骤，以级配A为目标配合比，以 空隙率VV=4.0%、VMA=17.0%计算短切玄武岩纤 维的最佳油石比，以马歇尔试验来验证，计算结果 和试验结果见表7。 表2 三组合成级配结果 A B C 16 100 100 100 13.2 96.4 96.4 96.4 9.5 64.1 64.1 64.1 4.75 29.8 27.0 24.1 2.36 23.9 21.6 19.4 1.18 22.9 20.8 18.7 0.6 18.0 16.8 15.5 0.3 14.6 13.8 13.1 0.15 12.6 12.0 11.5 0.075 10.8 10.5 10.1 集料 级配A 级配B 级配C 1号（%） 36 36 36 2号（%） 36 39 42 3号（%） 18 15 12 矿粉（%） 10 10 10 表3 各集料所占比例 表1 粗细集料的表观相对密度、毛体积相对密度 集料 1号 2号 3号 矿粉 毛体积相对密度 2.713 2.698 2.671 表观相对密度 2.789 2.786 2.791 2.781 集料尺寸/mm 10～15 5～10 0～5 表4 三组合成级配计算结果 级配 A B C γsb 2.706 2.707 2.708 γsa 2.787 2.787 2.787 γse 2.760 2.760 2.760 W 1.07 1.06 1.04 C 0.66 0.66 0.66 Pa 6.0 6.0 6.0 级配 A B C γf 2.415 2.396 2.380 γt 2.513 2.513 2.513 VV 3.9 4.7 5.3 表5 马歇尔试验结果 6 第 1期 表10 浸水马歇尔试验数据 0.3%的木质素纤维 0.4%的玄武岩纤维 规范要求 稳定度 MS（kN） 7.69 8.85 浸水48h后稳 定度MS1（kN） 6.31 7.61 残留稳定 度MS0（%） 82 86 浸水马歇尔残留稳定度不小于75% 表11 低温弯曲试验结果 项目 0.3%的木质素纤维 0.4%玄武岩纤维 规范要求 抗弯拉强度（MPa） 9.98 10.64 --- 最大弯拉应变（με） 2258 2167 不小于2000 表9 高温稳定性结果 项目 动稳定度 0.3%木质素纤维 2069 0.4%玄武岩纤维 2024 表7 短切玄武岩纤维SMA结果 γsb 2.706 γsa 2.787 γse 2.760 W 1.07 C 0.66 Pa 5.8 γf 2.425 γt 2.524 VV 3.9 表8 配合比验证试验结果 项目 0.3%木质素纤维 0.4%玄武岩纤维 规范要求 谢伦堡沥青析漏试验 质量损失0.036% 质量损失0.086% 不大于0.2% 肯塔堡飞散试验 质量损失3.8% 质量损失5.8% 不大于20% 表6 短切玄武岩纤维的物理性能指标 项目 纤维原料 颜色 形状 密度（g/cm3） 直径（μm） 熔点（℃） 纤维参数 天然玄武岩矿石 金褐色 短切规则集束状 2.463 15 1450~1500 项目 断裂伸长率（%） 抗拉强度（MPa） 弹性模量（GPa） 吸油率（%） 长度（mm） 使用温度（℃） 纤维参数 3.1 3 000~4 840 90~100 320 6 -269~650 （下转第29页） 李红涛等：短切玄武岩纤维在 SMA中的应用 （5）根据规范规定对SMA配合比设计，在选定 级配和最佳油石比后应对其进行检验，主要通过沥 青混合料谢伦堡沥青析漏试验、沥青混合料肯塔堡 飞散试验和VCA试验计算验证。试验结果见表8。 通过试验和计算得出 VCAmix =40.9，小于 VCADRC=41.8，符合规范要求。由上表数据和计算结 果可知此次配合比设计符合规范要求，是成功的。 3 路用性能比较 （1）高温稳定性 车辙是沥青路面最有危害的破坏形式之一。采 用车辙试验研究沥青混合料的高温性能，以60 min 车辙动稳定度来评价沥青混合料的高温稳定性，试 验结果见表9。 从表9数据和试验后车辙试件可以看出，掺加 玄武岩纤维和木质素纤维的沥青玛蹄脂碎石不论是 动稳定度，还是试验后车辙试件都没有太大区别。 根据纤维的阻裂理论可知，纤维的存在可对矿 料间的相对滑移起到有效的阻碍和约束作用，从而 增强矿质骨料的相对稳定性。此外，纵横交错的纤 维增加了界面层沥青的比例，减少了自由沥青；且 较轻的油分被纤维吸附后，沥青的软化点提高，粘 稠度和粘聚力增大，使沥青胶浆劲度增加。因此混 合料的剪切变形和竖向变形都能显著减小，即高温 稳定性得到提高。对比两种纤维沥青混合料车辙试 验结果可知短切玄武岩纤维同样具有木质素纤维的 高温功效，且短切玄武岩纤维抗高温和老化能力更 强于木质素纤维。 （2）水稳定性 采用浸水马歇尔试验来评价两种沥青混合料的 水稳定性。每种混合料分别制备8个马歇尔试件， 分为两组，每组4个。将其中一组置于60±1 ℃的恒 温水浴中保温45 min，进行稳定度试验；另一组置 于60±1℃的恒温水浴中保温48h，进行浸水马歇尔稳 定度试验，最后得出残留稳定度。试验结果见表10。 从表10数据可以看出，两种沥青混合料的残留 稳定度均符合规范的要求；短切玄武岩纤维沥青混 合料马歇尔稳定度和浸水马歇尔稳定度比木质素纤 维沥青混合料略有提高，但提高并不明显。 SMA中的沥青用量较多，集料表面沥青膜的厚 度比较大，空隙率较小，所以沥青混合料的水稳定 性比普通密级配的沥青混合料要好得多。但是SMA 使用在路面的表面层，所以仍然需要按规定要求进 行水稳定性的检验。 （3）低温抗裂性能 按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》 的规定，成型300 mm×300 mm×50 mm的板，切割 成长30 mm×35 mm×250 mm的棱柱体小梁，采用材 料试验机进行小梁弯曲试验。跨径200 mm，试验 温度-10 ℃，加载速率50 mm/min。每种情况制备4 个试件，试验结果变异性较小，故取均值。试验结 果见表11。 从试验结果可以看出：短切玄武岩纤维沥青混 合料和木质素纤维沥青混合料相比，抗弯拉强度略 有提高，是因为短切玄武岩纤维 7 第 1期 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 竞争力。 3.5 促销方式 随着罐车行业的发展，市场细分工作越来越必 要，用户的差别也越来越大，很多新产品不断走向 市场。但市场调研结果显示，大多数罐车生产企业 没有为其新产品打造专门的推广方式，例如推广 会、新产品试用等，而一般只是上公告，然后在网 上做简单的宣传。 同时，由于罐车主要属于订单生产，且客户类 型比较单一，中国大多数罐车生产企业基本上无任 何促销手段，例如产品试用、租赁、分期付款等。 调研结果显示，只有程力等极个别罐车生产企业采 用了一些促销手段，如程力对一些特殊的客户采用 分期付款的方式。 所以，在激烈的市场竞争中，中国罐车生产企 业应积极采用科学有效的新产品推广策略和从客户 根本利益出发的促销策略，以提高客户的忠诚度， 不断塑造企业的整体形象，进而有效地促进企业罐 车产品销售量的稳步增长。 4 结论 中国罐车生产企业应积极借鉴国内外知名企业 的 管理制度 档案管理制度下载食品安全管理制度下载三类维修管理制度下载财务管理制度免费下载安全设施管理制度下载 ，不断降低生产罐车产品的期间费用， 完善企业的售后服务网络，采用多样化的促销方 式，从而提高企业的整体竞争力。 中国罐车生产企业应不断加大研发和投入力 度，积极寻求与国外先进罐车生产企业的合作，不 断进行技术创新，全面提升罐车产品的质量水平， 从而满足市场的需求。 参考文献 ［1］谢开泉.国内油罐车市场分析及发展趋势［J］.专用汽车，2007，（5） ［2］刘远宏.铝合金罐车是中国罐车市场发展的必然趋势［J］.专用 汽车，2007，（12） ［3］王宇杨.我国铝罐车市场在逆境中逐渐成长［J］.专用汽车，2007， （7） ［4］刘兴和，陈晓雷. 小型罐车油品配送前景广阔［J］.石油库与加 油站，2004，13（2） （上接第7页） 杜 蓉：中国罐车市场竞争分析 具有更高的抗拉强度；而最大弯拉 应变稍有降低，是因为沥青用量的相对减少。但试 验结果均满足规范要求，再次说明短切玄武岩纤维 在SMA中的应用是可行的。 4 结语 （1）根据沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）中集料、 沥青、纤维、空隙率与矿料间隙率（VMA）之间的 体积关系推导了VMA与油石比之间的关系，并以 此提出SMA级配设计方法。 （2）通过室内试验验证了VMA与SMA油石比之 间的关系，并证明了设计方法的可行性。 （3）根据设计方法进行SMA配合比设计，证明 了短切玄武岩纤维在SMA中的应用的可行性。 （4）通过路用性能比较，提出短切玄武岩纤维 在SMA中应用的可行性，短切玄武岩纤维SMA的低 温性能略优于木质素纤维SMA。 参考文献 ［1］ Brian J Coree，Walter P Hislop. 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