玄武巖纖維對瀝青混合料水穩性影響的探究

項思齊

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司,上海 200092)

瀝青路面因其具有行車舒適性、后期維護簡便、工程造價低等諸多優點而被廣泛推廣應用[1]。然而,瀝青路面在長期服役過程中,會遭受各種形式的水侵害,極大地影響了路面的使用壽命和維護成本[2-3]。目前,公路學者對瀝青路面的水損害問題作出了很多探索,而常用的解決就是增強瀝青混合料的抗水剝離能力,玄武巖纖維的摻加能顯著提高瀝青膠漿與礦料間的粘附性,進而增強混合料的抗裂能力。

基于此,本文根據現行《公路瀝青路面施工技術規范》中的相關方法,采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗分別評價玄武巖纖維對瀝青混合料水穩性的影響效果,進而探究玄武巖纖維與瀝青混合料的作用機理,以期對玄武巖纖維的工程應用提供參考。

1 原材料性質及配合比設計

1.1 原材料性質

本文采用70#基質瀝青,技術性能如下：針入度(25 ℃,100g,5s)/10-1mm∶67.2；軟化點/℃：46.1；延度(15 ℃)/mm： 1217；玄武巖纖維：該纖維與瀝青有很好的兼容性,化學性質穩定,具有優良的的分散性,相關的技術指標如表1所示。

1.2 配合比設計

本文根據規范要求,對瀝青混合料進行AC-13型配合比設計,在大部分情況下,配合比曲線應盡量接近設計級配中線范圍,尤其應使0.075mm、2.36mm、4.75mm篩孔的通過量接近設計級配范圍的中限,不得有過多的犬牙交錯。本次試驗最佳油石比皆為5.1%。礦料級配如表2所示。

表2 AC-13型瀝青混合料級配

2 結果與討論

2.1 浸水馬歇爾試驗

浸水馬歇爾試驗操作比較簡單,是我國主要的評價瀝青混合料水穩定性的方法。按規范要求,成型兩組馬歇爾試件,每組4個,一組置于室溫環境,一組置于60℃水循環箱內保溫48h,按式(1)計算試件浸水殘留穩定度。

(1)

式中：MS0為試件的浸水殘留穩定度,%；MS為試件的穩定度,kN；MS1為試件浸水48h后的穩定度,kN。

不同玄武巖纖維摻量的瀝青混合料的馬歇爾穩定度和浸水馬歇爾穩定度試驗數據如表3和圖1所示。由表3與圖1可知,玄武巖纖維可顯著提高瀝青混合料的馬歇爾穩定度與浸水馬歇爾穩定度。這主要是因為纖維具有較大的比表面積,可吸附瀝青中的油分,增大瀝青飽和度；同時,在纖維的作用下,會形成較厚的瀝青膜,裹覆在集料表面,從而提高瀝青混合料的水穩定性。

表3 瀝青混合料的浸水馬歇爾試驗結果

圖1 瀝青混合料的浸水殘留穩定度

2.2 凍融劈裂試驗

凍融劈裂試驗也是常用的評價瀝青混合料水穩性的方法,按式(2)、(3)計算劈裂抗拉強度及凍融劈裂抗拉強度比。

(2)

(3)

式中：RT1、RT2分別為未經受凍融的第一組試件和經受凍融的第二組試件的劈裂抗拉強度MPa；h1、h2分別為第一組試件和第二組的試件高度,mm

凍融劈裂抗拉強度比按式(4)計算。

(4)

式中：TSR為凍融劈裂抗拉強度比,%。

不同玄武巖纖維瀝青混合料的凍融劈裂試驗數據如表4和圖2所示。由表4可知,經受凍融的試件與未經凍融的試件,在相同壓實條件下,玄武巖纖維的摻加均可明顯明顯改善瀝青混合料的劈裂抗拉強度。這主要是纖維具有“加筋”作用,可增加瀝青與礦料間的粘結力,從而提升瀝青混合料的抗劈裂能力。

表4 瀝青混合料的凍融劈裂試驗結果

圖2 瀝青混合料凍融劈裂抗拉強度比

4 結語

玄武巖纖維的摻加顯著提升了試件的浸水馬歇爾穩定度和凍融劈裂抗拉強度,且改善效果隨著玄武巖纖維的摻量而增強；纖維的最佳摻量為0.6%。這說明,玄武巖纖維能有效改善瀝青混合料的水穩定性。

在最佳纖維含量下,玄武巖纖維的摻入對瀝青混合料的浸水馬歇爾穩定度和凍融劈裂抗拉強度均有提高,且隨著摻量的增大,改善效果也隨之增強。但隨著摻量的進一步增大,浸水馬歇爾穩定度和凍融劈裂抗拉強度的改善效果并不明顯。