玄武巖纖維對功能層瀝青混合料路用性能的影響

【摘要】為提高功能層瀝青混合料的防水和抗剪性能，采用玄武巖纖維對其進行改性，并結合功能層的受力環境對其路用性能進行測試和分析。結果表明，隨著玄武巖纖維的加入，功能層瀝青混合料的抗滲、水穩定性和抗剪性能大幅提高，能有效提高水泥混凝土路面的使用性能；當纖維摻量達到0.60%時，滲水系數最小；當纖維摻量達到0.45%時，混合料的穩定度、殘留穩定度和累積變形均最小；綜合考慮各項路用性能指標，建議玄武巖纖維的最佳摻量為0.45%。

【關鍵詞】功能層；瀝青混合料；路用性能；玄武巖纖維

1. 前言

（1）為提高水泥混凝土路面的耐久性，已有研究提出在水泥混凝土面板與基層之間設置瀝青混合料層間過渡層，其不僅能改善面板與基層的接觸狀況、有效減少雨水的下滲，還能緩解路面板傳遞來的動載沖擊作用，大大提高路面的使用狀況和服役壽命[1，2]。由于路面板接縫處的剪切作用往往會造成較大的應力集中，從而使過渡層產生豎向剪切變形和開裂破壞，因此需要根據所處的特殊受力環境對功能層瀝青混合料進行設計[3，4]。但是前人的研究往往是針對設置層間功能層的水泥混凝土路面結構受力特性，而對功能層瀝青混合料路用性能的研究較少。

（2）在國內外路面工程實踐中，纖維復合材料已成為提高瀝青混合料水穩定性和抗剪性能的有效技術手段。玄武巖礦物纖維由于具有耐高溫、原料來源廣泛和可以再生利用等優點而逐步受到工程技術人員的重視[5，6]。因此，本文采用玄武巖纖維對功能層瀝青混合料進行改性，并根據功能層的技術要求對其抗滲、水穩定性和抗剪性能進行了系統分析。

2. 原材料與試驗方法

（1）本研究所選用粗、細集料為玄武巖，礦粉為磨細的石灰巖，經檢測各項技術指標均符合規范要求；瀝青為SBS改性瀝青，其技術指標見表1；玄武巖纖維為浙江石金公司生產，其技術指標見表2。

（2）混合料級配采用密級配瀝青混合料AC-13，以《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）推薦的級配中值為設計級配，見表3。纖維摻量分別取0、0.15%、0.30%、0.45%和0.60%，采用馬歇爾法確定的最佳瀝青摻量分別為4.5%、4.7%、4.9%、5.2%和5.2%。

（3）參照T 0730-2000瀝青混合料滲水試驗試驗規程，采用輪碾法成型試件，對瀝青混合料的抗滲性能進行測試和評價；將每一組配比的標準馬歇爾試件分成兩組：一組在60℃恒溫水槽中保溫30min后測其馬歇爾穩定度MS，另一組在在60℃水浴中恒溫保養48h后測其馬歇爾穩定度MS1，用殘留穩定度MS0來分析玄武巖纖維對混合料的水穩定性能的影響；將車轍板切割成30cm×5cm×5cm的梁式試件，然后參考文獻[2]所推薦的測試方法測試其抗剪性能。

3. 結果與討論

3.1抗滲性能。

功能層瀝青混合料試件的滲水系數計算時以水面從100mL下降至500mL所需的時間為標準，將滲水系數計算結果繪于圖1。從圖1可以看出，隨著纖維摻量的增大，混合料的滲水系數逐漸減小，說明玄武巖纖維的加入對抗滲性能有利。主要是因為隨著纖維的加入，瀝青的裹覆面積得以提高，從而使瀝青膠漿的體積量增大，混合料的空隙率減小，所以抗滲性能提高，能有效減小雨水下滲進入水泥路面基層內部，提高基層的使用壽命。

圖2穩定度與殘留穩定度

3.2水穩定性能。

（1）采用標準試驗方法進行浸水馬歇爾試驗[7]，每組試驗采用平行試件4個，測試結果如圖2所示。從圖2可以看出，加入玄武巖纖維以后，功能層瀝青混合料的穩定度和殘留穩定度均明顯提高，并且隨著纖維摻量的增大其提高幅度更明顯。當纖維摻量分別為0.15%、0.30%、0.45%和0.60%時，馬歇爾穩定度的提高幅度分別為14.5%、21.5%、31.2%和17.2%，殘留穩定度的提高幅度分別為16.2%、23.6%、33.65和17.9%。纖維的加入導致瀝青膠漿的粘度增大，勁度變大，所以混合料的穩定度提高；當把其浸入水中后，由于膠漿與礦料的粘附性提高，所以水分更難進入瀝青膠漿與礦料表面之間，從而導致混合料的殘留穩定度提高。

圖3殘留穩定度比

（2）綜合分析穩定度與殘留穩定度的增長趨勢可以看出，當纖維摻量達到0.45%時，混合料的穩定度、殘留穩定度與殘留穩定度比均達到最大值，所以建議玄武巖纖維的摻量為0.45%較合適（殘留穩定度比見圖3）。

3.3抗剪性能。

荷載重復作用次數與功能層瀝青混合料累積變形之間的關系如圖4所示。從圖4可以看出，纖維的加入導致混合料的累積變形大大減小，在0.45%摻量下，當荷載重復作用次數分別為5000次和50000次時，累積變形分別減小了19.4%和15.4%。瀝青混合料的抗剪強度主要由礦料的嵌擠作用和瀝青的粘聚作用所提供，加入玄武巖纖維以后，隨機分布的纖維網絡對瀝青膠漿的流動產生阻滯，充當了加筋的作用，從而提高了混合料的抗力和穩定性，所以導致其累積變形的減小。但是，當纖維摻量超過0.45%以后，混合料的累積變形反而增大，主要是因為隨著纖維摻量的增大，其分散性受到一定的影響，纖維的加筋作用得不到完全發揮，所以累積變形略有增大。

圖4纖維摻量對抗剪性能的影響

4. 結論

玄武巖纖維的加入導致瀝青的吸附面積增大，粘度增大，瀝青膠漿勁度提高，所以功能層瀝青混合料的抗滲性能、水穩定性和抗剪性能均明顯提高，有利于功能層有效阻止雨水的下滲并緩和面層板的剪切和沖擊作用，大大提高基層的使用壽命和路面的使用質量。綜合考慮抗滲性能、水穩定性和抗剪性能測試結果，建議玄武巖纖維的摻量為0.45%較為合適。

參考文獻

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