玄武巖纖維瀝青膠漿流變性能試驗研究

潘曉慧 吳 星 張 聰

(揚州大學建筑科學與工程學院,江蘇 揚州225000)

隨著我國公路建設發展,瀝青路面出現了許多病害,如開裂、車轍等[1],嚴重影響了行車安全,縮短了使用壽命。添加纖維改善瀝青混合料性能作為一種提高路面材料性能的方法,得到越來越多的關注[2]。與其它纖維相比,玄武巖纖維具有拉伸強度高、彈性模量高、化學性能穩定等優點[3],在瀝青材料中應用前景廣闊。ZHANG等[4]采用CCT試驗和BCT試驗,研究纖維摻量對纖維瀝青膠漿流變性能的影響；胡志釗等[5]采用動態剪切流變試驗、錐入度試驗等,評價纖維種類對瀝青膠漿高、低溫性能的影響；彭波等[6]采用網籃析出、動態剪切、彎曲梁流變等試驗方法,研究不同類型瀝青膠漿對瀝青混合料路用性能影響。本文綜合考慮了纖維種類、纖維摻量對瀝青膠漿流變性能的影響,通過動態剪切流變試驗和彎曲梁蠕變試驗研究其作用規律,并采用環境掃描電鏡對纖維及纖維瀝青膠漿試樣的微觀形貌進行觀測,分析其作用機理。

1 材料與試驗

1.1 原材料

試驗采用的瀝青為SBS改性瀝青,填料為石灰巖礦粉。采用的纖維技術指標匯總如表1所示。

表1 纖維性能指標及試驗結果匯總

1.2 纖維瀝青膠漿流變性能試驗

2 試驗結果與分析

2.1 高溫流變性能分析

纖維瀝青膠漿動態剪切流變試驗結果如圖1所示。

由圖1可知,三種玄武巖纖維中,Ⅰ#玄武巖纖維瀝青膠漿車轍因子最大,對瀝青膠漿高溫流變性能的改善效果最明顯。Ⅱ#玄武巖纖維瀝青膠漿最小,高溫抗變形能力最弱。隨著玄武巖纖維摻量的增大,瀝青膠漿的有一個先增后減的趨勢,在摻量約為2%時達到最大值,因此玄武巖纖維在瀝青膠漿中的摻量存在一個最佳值約為2%。

圖1 纖維種類、纖維摻量對瀝青膠漿高溫流變性能影響曲線

2.2 低溫流變性能分析

纖維瀝青膠漿BBR試驗結果如圖2所示。

圖2 纖維種類、纖維摻量對瀝青膠漿低溫流變性能影響曲線

由圖2可知,纖維的摻加使得瀝青膠漿的蠕變勁度S值有一定程度的提高。三種短切玄武巖纖維瀝青膠漿中,Ⅱ#玄武巖纖維瀝青膠漿S值提高最明顯,表現出最差的低溫性能,而Ⅰ#玄武巖纖維瀝青膠漿與木質素纖維瀝青膠漿接近,S值相對較低,表現出最優的低溫性能。Ⅰ#玄武巖纖維瀝青膠漿的蠕變速率m值隨纖維摻量的增加,有先增大再緩慢減小的趨勢,纖維摻量為2%左右時,纖維瀝青膠漿的m值達到最大值。試驗過程中,當摻量超過4%時,纖維在瀝青膠漿中的分散均勻性降低,BBR試驗結果的離散性也較大,故纖維摻量不宜超過4%。

2.3 微觀形貌觀測

采用XL-30環境掃描電子顯微鏡對纖維瀝青膠漿進行觀測,掃描電鏡圖像見圖3。

圖3 摻短切玄武巖纖維瀝青膠漿樣品斷面形貌圖

由圖可知,短切玄武巖纖維在膠漿中成空間網狀分布,結構更穩定,高溫時仍有較好的黏彈性,不易產生流變；其加筋作用也對減緩瀝青流動、減少界面相對滑移起到一定效果,抵抗變形能力得到有效提高。

3 結論

3.1 玄武巖纖維的摻加能夠改善瀝青膠漿的高溫流變性能,試驗溫度升高,改善程度越不明顯。纖維摻量不宜超過4%,且存在一個最佳值,約為2%。纖維對瀝青膠漿的流變性能影響與纖維種類有關。其中Ⅰ#玄武巖纖維對瀝青膠漿的流變性能改善效果最顯著。

3.2 玄武巖纖維在瀝青膠漿中成空間網狀分布,具有穩定、加筋等作用,增強膠漿的抗變形能力。