道路面层作为道路结构中重要的组成部分，直接承受车辆荷载作用下产生的竖向力、水平力和冲击力，需要具有较高的刚度、强度、耐久性和稳定性。透水沥青混合料（OGFC）相较于传统的沥青混合料，具有排水性能良好、噪声低、抗滑性能较高等特点，因此被广泛应用于道路面层材料中。

随着我国基础设施建设工程的增加，废弃材料的再利用已逐渐成为道路面层材料设计的首选。许多学者提出了通过掺加纤维来提高透水沥青混合料路用性能的方法，包括向沥青混合料中掺加玄武岩纤维、木质素纤维、玉米秸秆纤维、玻璃纤维、碳纳米纤维等材料，并对改良沥青混合料的路用性能和作用机理进行研究。

木质素纤维表面积大，纤维细长、多孔，纤维素和木质素相互作用，具有较好的吸油性、吸水性、柔韧性，经过耐高温处理后，具有较高的耐热性，且可采用废弃材料进行制备，环保性较好。广西是我国主要的甘蔗产区，本文基于广西某道路改造工程，通过甘蔗残渣制备木质素纤维，将掺加木质素纤维的改良沥青混合料作为该项目K1+158.045—K2+159.837段道路路面的面层，对掺加木质素纤维的改良沥青混合料的矿料级配、沥青最佳用量、木质素纤维最佳掺量、混合料路用性能等进行试验计算。

1工程概况

本工程为广西某市的主干道路改造工程，道路全长约6.36km，路面等级为一级公路，采用双向四车道，设计时速60km/h，面层采用沥青混合料。广西光热充足，雨量充沛，无霜期长，其甘蔗播种面积和产量居全国第一位，为了充分利用废弃材料，提高资源利用率，本工程拟从甘蔗残渣中提取木质素纤维，将其掺加到透水沥青混合料中，并以K1+158.045—K2+159.837段为试验段，进行路用性能试验，分析木质素纤维对透水沥青混合料性能的影响。

2改良沥青混合料原材料设计

2.1沥青

沥青采用SBS改性沥青，其技术指标如表1所示。

表1SBS改性沥青技术指标

2.2集料

粗集料采用安山岩碎石，其具有强度高、密度大、孔隙率低、耐久性强等特点；细集料采用人工砂（机制砂），其具有级配稳定、粉尘含量低、成本低、环保可持续、原料来源广泛等特点；矿粉采用白云石矿粉，其具有强度高、化学稳定性好、耐火性好等特点，本工程采用的安山岩碎石和机制砂各项技术指标均符合规范要求，具体如表2、表3所示。

表2安山岩碎石技术指标

表3机制砂技术指标

2.3木质素纤维

在进行木质素纤维改良沥青混合料制备前，需对所采用的木质素纤维性能指标进行检测，如

表4所示，可知木质素纤维满足性能要求。木质素纤维的制备主要包括原料采集、粉碎、预处理、炼制和成型等环节。先将甘蔗残渣放入破碎机中进行搅拌和破碎，提取出木质素纳米纤维素，用过氧化氢涂刷去除木质素发色团，再进行热压处理。

表4木质素纤维技术指标

3改良沥青混合料配合比设计

3.1矿料级配

透水沥青混合料的透水性能要求较高，本项目采用的矿料级配类型为PAC-16（中粒式）透水沥青，根据相关技术规程中对PAC-16级配范围的规定，本工程PAC-16级配设计如表5所示。

表5PAC-16透水沥青级配设计

表5（续）

3.2最佳沥青用量

通过析漏试验、飞散试验、马歇尔试验确定改良沥青混合料的最佳沥青用量，流程如图1所示。先通过析漏试验评价沥青混合料中过剩沥青的多少，再通过飞散试验评价沥青混合料在荷载作用下（汽车荷载、其他作用）的集料飞散程度，最后通过马歇尔试验，制备马歇尔试件，测定并计算试件的物理指标和力学指标，以确定最佳沥青用量并进行配合比设计检验。基于此，确定出沥青用量为4.5%时，改良沥青混合料的综合性能最佳。

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3.2最佳沥青用量

通过析漏试验、飞散试验、马歇尔试验确定改良沥青混合料的最佳沥青用量，流程如图1所示。先通过析漏试验评价沥青混合料中过剩沥青的多少，再通过飞散试验评价沥青混合料在荷载作用下（汽车荷载、其他作用）的集料飞散程度，最后通过马歇尔试验，制备马歇尔试件，测定并计算试件的物理指标和力学指标，以确定最佳沥青用量并进行配合比设计检验。基于此，确定出沥青用量为4.5%时，改良沥青混合料的综合性能最佳。

图1沥青最佳用量确定流程

4木质素纤维改良沥青混合料路用性能研究

4.1木质素纤维最佳掺量

为准确研究木质素纤维改良沥青混合料的路用性能，首先需要确定木质素纤维的最佳掺加量。本文共设计了6种掺加比例，并对掺加了木质素纤维的透水沥青混合料进行试验，马歇尔试验结果如表6所示。

表6不同木质素纤维掺量改良沥青混合料的测定参数值

由表6可知，木质素纤维掺量从0增大到0.4%时，动稳定度、残留稳定度在内的各测定参数值不断增大，说明掺入木质素纤维后的沥青混合料性能提高，但掺量超过0.4%时，各项测定参数值不断减小，说明过量掺入木质素纤维并不会大幅度提升混合料的性能，其原因是过量的木质素纤维易发生团聚现象，反而无法发挥作用。因此，本工程木质素纤维的最佳掺量为0.4%。

4.2高温稳定性研究

通过车辙试验确定改良沥青混合料的高温稳定性，分别对不掺加木质素纤维和掺加0.4%木质素纤维的沥青混合料进行试验，试验结果如表7所示。

表7木质素纤维改良沥青混合料车辙试验结果

由表7可知，掺加了0.4%木质素纤维的改良沥青混合料动稳定度较大，变异系数较低，相对变形量较小，仅有1.52mm，高温稳定性好。原因是经过耐高温处理后的木质素纤维具有较高的耐热性，同时，纤维素和木质素相互作用，增大了沥青胶浆的黏性，提高了软化点，从而提升了沥青混合料的高温稳定性。

4.3水稳定性研究

采用冻融劈裂试验、浸水马歇尔试验对改良沥青混合料的水稳定性进行研究，为了更清晰、直观地分析沥青混合料的水稳定性，同样对两种典型掺量（0、0.4%）的木质素纤维进行试验，试验结果如表8所示。

表8冻融劈裂试验和浸水马歇尔试验结果

由表8可知，掺加了0.4%木质素纤维的改良沥青混合料浸水48h的稳定度、残留稳定度、冻融强度较高，水稳定性较好。主要原因是木质素纤维的掺入，增大了沥青层的桥接作用，使水对沥青的剥离作用减弱，同时，纤维素和木质素相互作用，不仅可以防止沥青在高温下流淌，还增加了沥青与集料的黏结性，使沥青混合料的水稳定性得到了进一步提高。

5结束语

本文基于广西某道路改造工程，从甘蔗残渣中提取出木质素纤维，将木质素纤维沥青混合料作为该项目K1+158.045—K2+159.837段道路的路面面层材料。针对掺加木质素纤维改良沥青混合料的原材料和配合比，设计了6种不同的木质素纤维掺量，通过马歇尔试验，获得木质素纤维最佳掺量，并对木质素纤维改良沥青混合料的路用性能（耐高温稳定性和水稳定性）进行了研究。研究发现，相较于传统沥青混合料，掺加0.4%木质素纤维时，改良沥青混合料性能最佳，高温稳定性较好，浸水48h的稳定度、冻融强度、水稳定性均较高。