玄武巖纖維提升溫拌再生混合料路用性能研究

雷江,羅友鴻,裴鑫雨

(1.貴州省望謨縣農村公路管理局,貴州 望謨 552300；2.貴州省冊亨縣農村公路管理局,貴州 冊亨 552200；3.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074)

纖維以其環保、價格低廉、能提升瀝青混合料性能等優點引起了廣泛關注，已有不少學者通過將不同品種纖維和各類瀝青混合料結合使用來研究纖維對混合料性能的增強作用。張勤玲等就新瀝青和玄武巖纖維(BF)摻量進行研究，得出不同摻量新瀝青和BF對再生混合料性能的提升效果不同，但沒有表明再生技術的類型，缺少針對性；王恩等在冷拌再生中應用纖維，發現纖維在保持冷再生混合料長期穩定性上有著不俗的功效；馬煜纓從壓實特性角度進行試驗研究，得出礦物纖維對抵抗變形的作用最大。BF是一種無機礦物型纖維，具有強度高、耐久性好、韌性好、可適用于各類環境等優點，被作為改性材料廣泛應用于各種材料中以提升材料的性能，其中以水泥砼和瀝青混合料最常見。目前對BF在提升瀝青混合料、冷再生和熱再生混合料性能方面的研究較全面，但對BF對溫拌再生瀝青混合料(WRMA)性能影響的研究還不夠全面。鑒于此，該文以重慶市合川區某瀝青路面改造工程為依托，通過車轍試驗、小梁彎曲破壞試驗、浸水馬歇爾穩定度試驗、凍融劈裂試驗等研究不同摻量BF對WRMA性能的影響。

1 原材料

1.1 舊路面瀝青混合料(RAP)

分別從銑刨現場得到不同區域同一深度且具有代表性的RAP，為得到更接近于實際的試驗數據，對不同區域的RAP均勻取樣后進行6組試驗，取其平均值，得出瀝青含量、針入度、延度、軟化點等(見表1和表2)。

表1 RAP瀝青含量試驗結果

表2 RAP瀝青的主要技術指標

1.2 新瀝青

為最大程度恢復RAP的性能，選用標號比RAP中老化瀝青高的90#基質瀝青，其主要性能指標見表3。

表3 90#基質瀝青的主要技術指標

1.3 再生劑

選用SZS瀝青再生劑，按照規范要求對其進行檢測，結果見表4，均滿足規范要求。

表4 SZS瀝青再生劑的技術指標

1.4 玄武巖纖維

選用的玄武巖纖維為BFCS-13 μm～6 mm短切紗，其外觀見圖1，主要技術指標見表5。

圖1 玄武巖纖維

表5 BFCS-13 μm～6 mm短切紗的技術指標

2 路用性能研究

試驗過程中，再生劑摻量一般根據RAP中瀝青含量確定，將RAP中瀝青質量的6.5%作為SZS再生劑摻量；溫拌劑選用Sasobit-LM，摻量為瀝青質量(包括RAP中的老化瀝青)的3%。在WRAM中分別摻入0～0.5% BF進行6組對比試驗，分析BF對WRMA性能的提升效果。

2.1 高溫穩定性

將6組不同BF摻量的WRAM依次進行車轍試驗，分別輪碾45和60 min，研究WRAM的動穩定度。不同BF摻量WRAM的動穩定度見圖2。

圖2 不同BF摻量WRAM的車轍試驗結果

由圖2可知：不同BF摻量WRMA的動穩定度均滿足規范要求，摻入BF后，WRMA的高溫穩定性提升效果顯著。BF摻量為0.4%時，WRMA的動穩定度最優；BF摻量為0～0.3%時，動穩定度提升效果最顯著；進一步提高摻量，WRMA的動穩定度無明顯變化甚至有一些降低。這是由于纖維會吸收瀝青并在混合料中結團，過多地摻入纖維可能會影響混合料的其他性能。纖維的最佳摻量為0.3%～0.4%。

摻纖維再生混合料的黏彈性得到極大提升，因而摻纖維后再生混合料的高溫穩定性得到改善。隨著BF的摻入，WRMA的流動性在一定程度上降低，內摩擦力增加，這是WRMA高溫穩定性上升的主要原因之一。

2.2 低溫抗裂性

在-10 ℃的環境中對6組不同BF摻量WRMA小梁試件進行彎曲破壞試驗，得到最大破壞應變(見圖3)。

圖3 不同BF摻量WRAM的小梁彎曲破壞試驗結果

由圖3可知：WRMA的破壞應變隨著BF摻量的增大而增加，BF摻量為0.4%時，WRMA的破壞應變最大，抗裂性最好，破壞應變比未摻纖維時提高15.3%。結合路面在低溫環境下產生裂縫的原因，玄武巖纖維可通過自身的韌性產生彈性恢復，給再生混合料提供良好的加韌和自愈能力。

小梁彎曲破壞試驗中，會出現沿瀝青混合料顆粒之間的界面不斷產生裂縫的現象，隨著裂紋的不斷延伸擴大，難免會遇到混合料中的大顆粒，經過擠壓和剪切后，會沿裂紋界面發生破壞。BF可提升WRMA的柔韌性和界面強度，因而摻纖維再生混合料的破壞應變比未摻纖維混合料大得多。

2.3 水穩定性

浸水馬歇爾穩定度可反映WRMA在發生水損害時抗剝落的能力，但存在一定不足。為進一步分析WRMA抵抗水損害的能力，通過凍融劈裂試驗模擬路面破壞的真實狀態，試驗結果見圖4、圖5。

圖4 不同BF摻量WRAM的浸水馬歇爾試驗結果

圖5 不同BF摻量WRAM的凍融劈裂試驗結果

由圖4、圖5可知：摻加BF的再生混合料的水穩定性均滿足規范要求。纖維摻量為0.3%時，殘留穩定度最大，比未摻纖維時提升5.1%；BF摻量為0.3%時，WRMA的凍融劈裂強度和凍融劈裂強度比TSR最大，比未摻纖維時提升10.7%。

再生混合料在拌和和施工過程中無法避免出現空隙，水的流動性和滲透性會使再生混合料的空隙中一直存在微量的水，由外部荷載引起的內部水壓力導致混合料內部松動、開裂。根據已有研究，瀝青與集料形成的界面無法抵御水的浸入，玄武巖纖維可與瀝青和集料形成更穩定、更全面的界面且強度更大，抵御水浸入的能力和在外部荷載作用下的整體性都得到極大提升。同時，WRMA的油石比隨著BF的摻入得到提高，油石比的提高使WRMA的瀝青膜密度增大，能更好地抵御水壓力的荷載，增強WRMA的水穩定性。

3 結論

(1)與不摻加BF相比，BF使WRMA的動穩定度提高41.7%，破壞應變提高15.3%，殘留穩定度提高5.1%，TSR提高10.7%，即BF可綜合改善WRMA的路用性能。

(2)BF摻量對WRMA路用性能的提升效果有極大影響，綜合分析，BF的最佳摻量為0.3%。但各地的地理氣候、荷載等級、降水量等路面環境不同，實際工程中對WRMA路用性能的偏重也不同，為更好地迎合實際情況需求，BF摻量可在0.3%～0.4%進行調整。

(3)文中只研究了BF摻量對WRMA路用性能的影響，沒有研究不同RAP摻配率對WRMA路用性能的影響，無法確定最佳RAP摻配率，需作進一步試驗研究。