玄武巖纖維微表處纖維摻量研究★

閔泓毅 時(shí)成林 來(lái)守義 刁文澤

(吉林建筑大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130000)

1 概述

隨著我國(guó)汽車保有量的不斷上升，行駛在公路上的車輛也越來(lái)越多，同時(shí)公路路面的損耗也逐漸加快，隨之而來(lái)的養(yǎng)護(hù)工作也提上了日程。為了延長(zhǎng)公路的使用壽命以及降低公路的維修成本，就需要及時(shí)采取合理的養(yǎng)護(hù)和預(yù)防措施，來(lái)解決路面的早期病害[1]。微表處養(yǎng)護(hù)技術(shù)憑借其施工周期短，節(jié)約能源等優(yōu)良性能被我國(guó)各地區(qū)廣泛使用。而玄武巖纖維作為纖維穩(wěn)定劑之一，由于其易于保存，性能優(yōu)良而被應(yīng)用于最新的微表處養(yǎng)護(hù)工作中。

2 單質(zhì)材料試驗(yàn)

2.1 纖維

玄武巖纖維的強(qiáng)度和彈性模量很高，從復(fù)合材料科學(xué)加筋加強(qiáng)原理看，它是一種非常優(yōu)異的加強(qiáng)纖維。可大幅提高瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度和韌性，從而大幅度提高瀝青路面的低溫抗裂和疲勞耐久性，同時(shí)也有助于改善高溫抗車轍變形能力。目前玄武巖纖維主要分為：加入了親水型浸潤(rùn)劑的親水型玄武巖纖維和加入了親油型浸潤(rùn)劑的親油型玄武巖纖維[2]。親水型玄武巖纖維在水中呈分散狀態(tài)，主要用于水泥混凝土中，親油型玄武巖纖維浸泡在水中，攪拌后仍呈束狀，主要用于瀝青混凝土。本次試驗(yàn)選用6 mm短切親油型玄武巖纖維，以0%，0.2%，0.3%，0.4%的纖維摻量作為變量進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2.2 改性乳化瀝青

經(jīng)前課題研究小組試驗(yàn)分析，本次試驗(yàn)選用盤錦遼河石化生產(chǎn)的改性乳化瀝青。技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 改性乳化瀝青技術(shù)指標(biāo)

2.3 集料

微表處技術(shù)選擇石料時(shí)，首先要保證石料的粗糙程度，堅(jiān)固程度，耐磨能力和清潔程度。并且對(duì)于微表處的集料應(yīng)保證其棱角性良好[3]。所以，本次試驗(yàn)選用產(chǎn)地為遼源櫻山石場(chǎng)出產(chǎn)的9.5 mm～4.75 mm，4.75 mm～2.36 mm玄武巖碎石和四平大頂山生產(chǎn)的機(jī)制砂。其中，粗集料試驗(yàn)指標(biāo)如表2所示，細(xì)集料試驗(yàn)指標(biāo)如表3所示。

表2 粗集料試驗(yàn)指標(biāo)

表3 細(xì)集料試驗(yàn)指標(biāo)

由表2，表3可知：本試驗(yàn)選用的粗集料、細(xì)集料，經(jīng)檢測(cè)符合規(guī)范要求。

2.4 填料

礦粉、水泥、消石灰等都可以作為微表處填料。填料的加入不僅可以調(diào)節(jié)混合料可拌和時(shí)間，而且可以使成型的混合料和易性良好。本次實(shí)驗(yàn)，填料選用北方水泥廠生產(chǎn)的P.C32.5水泥，其各項(xiàng)指標(biāo)符合規(guī)范要求。

2.5 水

實(shí)際施工時(shí)，微表處混合料拌制過(guò)程中必須加入無(wú)有機(jī)鹽類水，即普通自來(lái)水。本次試驗(yàn)所用水為長(zhǎng)春市內(nèi)自來(lái)水，符合水質(zhì)要求。

3 配合比設(shè)計(jì)及優(yōu)化

3.1 級(jí)配

良好的級(jí)配保證了微表處混合料性能的穩(wěn)定。級(jí)配由粗到細(xì)分為：MS-3,MS-2,MS-1型級(jí)配[4]。微表處作為公路的磨耗層，如果級(jí)配較細(xì)，經(jīng)過(guò)車輛的自然碾壓，微表處表面變得光滑，導(dǎo)致路面抗滑性能下降。所以，微表處級(jí)配宜粗不宜細(xì)。本次試驗(yàn)選用MS-3型級(jí)配，級(jí)配合成曲線見(jiàn)圖1。

3.2 確定最佳乳化瀝青摻量

確定最佳乳化瀝青含量是確定級(jí)配后的關(guān)鍵一環(huán)。在已經(jīng)確定級(jí)配的集料中通過(guò)改變?yōu)r青的摻入量，制作出不同油石比的混合料。經(jīng)過(guò)濕輪磨耗和負(fù)荷輪粘砂試驗(yàn)確定出不同纖維摻量的最佳乳化瀝青含量。玄武巖纖維試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 玄武巖纖維試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由試驗(yàn)得不摻纖維的最佳乳化瀝青摻量為10.4%，纖維摻量為0.2%的最佳乳化瀝青摻量為9.8%，纖維摻量為0.3%的最佳乳化瀝青含量為9.2%，當(dāng)纖維摻量提高到0.4%時(shí)，最佳乳化瀝青含量再次提高到9.8%。

3.3 拌和試驗(yàn)

微表處技術(shù)在施工過(guò)程以固化時(shí)間短，可快速通車而聞名[5]。若可拌和時(shí)間過(guò)短，在乳液與集料尚未攪拌均勻時(shí)就可能破乳，影響施工的進(jìn)行。若可拌和時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則達(dá)不到快速通車的目的。所以，可拌和時(shí)間是否合理就十分重要。

本次試驗(yàn)分別對(duì)0%，0.2%，0.3%，0.4%纖維摻量，以最佳油石比配料，并以不加纖維的混合料作為對(duì)照組進(jìn)行試驗(yàn)。分別得出：不加纖維時(shí)，最佳拌和時(shí)間為123 s。纖維摻量為0.2%時(shí)，最佳拌和時(shí)間為125 s。纖維摻量為0.3%時(shí)，最佳拌和時(shí)間為130 s。纖維摻量為0.4%時(shí)，最佳拌和時(shí)間為126 s，如表5所示。

表5 玄武巖纖維拌和試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

微表處最佳拌和時(shí)間應(yīng)不小于120 s。纖維的加入，提高了微表處混合料的可拌和時(shí)間。纖維摻量為0.3%時(shí)，最佳拌和時(shí)間既符合規(guī)范要求，同時(shí)相比于不加纖維混合料又有所提高，滿足微表處快速通車的目的。

3.4 粘聚力試驗(yàn)

微表處混合料的粘聚力是反映其抗剪強(qiáng)度的重要指標(biāo)。主要是對(duì)于最佳油石比混合料，在其初凝時(shí)，即30 min對(duì)其施加不小于1.2 N·m的扭矩力，在其終凝時(shí)，即60 min對(duì)其施加大于2.0 N·m的扭矩力。本次試驗(yàn)主要檢驗(yàn)纖維的摻量是否會(huì)降低混合料的基本強(qiáng)度，若不降低強(qiáng)度，則探究哪種摻量的纖維更適用于微表處技術(shù)。

微表處混合料30 min粘聚力不小于1.2 kN·m，60 min粘聚力不小于2.0 kN·m。由表6可知：纖維的加入并不會(huì)破壞混合料的抗剪強(qiáng)度。無(wú)論是30 min或60 min，加入0.3%玄武巖纖維的混合料粘聚力大于其他兩種纖維摻量混合料粘聚力。所以，加入0.3%玄武巖纖維的混合料抗剪能力最強(qiáng)。

表6 玄武巖纖維粘聚力統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

1)玄武巖纖維的加入不會(huì)降低瀝青混合料的可拌和時(shí)間，加入0.2%,0.3%,0.4%玄武巖纖維可提高混合料的拌和時(shí)間，其中0.3%的纖維摻量提升最多為7 s。

2)玄武巖纖維的加入不會(huì)破壞混合料的抗剪能力。纖維摻量為0.3%的混合料抗剪能力最強(qiáng)。

3)通過(guò)試驗(yàn)確定在碎石9.5 mm～4.75 mm∶4.75 mm～2.36 mm∶石屑=15∶25∶60，水泥外摻1%，改性乳化瀝青含量為9.2%時(shí)，混合料中玄武巖纖維的最佳摻量為0.3%。