玄武巖纖維對再生瀝青混合料路用性能的影響評價

2021-12-21 09:27:50陳倫坤

福建交通科技 2021年8期

■陳倫坤

（內蒙古交通設計研究院有限責任公司，呼和浩特 010010）

近年來，隨著我國高等級公路的大規模維修和翻新，回收了大量的廢舊瀝青混凝土材料[1]。其中品質較高的材料經處理后可進行二次利用，但部分廢舊瀝青混凝土由于瀝青膠漿嚴重老化、力學性能嚴重下降等問題，長期的堆積不僅浪費了土地資源，更會給環境帶來污染[2-3]。因此，如何有效提升該類回收材料的品質和性能已成為當下學者研究的重要課題[4]。

目前，國內外學者針對再生材料的性能優化問題展開了大量研究，如孫偉清等[5]發現摻加木質素、聚酯纖維、硅藻土、干拌直投廢輪胎膠粉能明顯提高熱再生混合料的路用性能。王玉林等[6]發現引入木質素纖維可明顯改善再生OGFC 路用性能，且木質素纖維最佳摻量為0.02%。王志杰等[7]發現摻入廢機油再生劑可顯著改善溫拌再生瀝青混合料拌和均勻性、壓實特性、高溫性能、力學性能、水穩定性等特性。周剛等[8]發現聚酯纖維的添加顯著改善溫拌再生瀝青混合料高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性。目前，學者通過添加外摻劑材料有效提升了再生瀝青混合料的綜合性能和RAP 的利用率，但現有研究大多是針對SMA-13級配的再生混合料，而關于AC-13 級配的再生混合料的研究還有待進一步深入開展。基于此，本研究設計了4 組不同RAP 摻量的AC-13 級配再生瀝青混合料試件，分別在每組試件中摻入不同摻量的玄武巖纖維，針對再生瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性以及水穩定性進行了對比分析，最終確定了玄武巖纖維對再生瀝青混合料路用性能優良的提升效果及較優摻量，研究成果可為瀝青路面再生技術的研究提供一定參考和借鑒。

1 材料與方法

1.1 原材料及配合比設計

1.1.1 原材料

（1）舊瀝青：銑刨料選擇某公路翻新后回收的瀝青面層材料，通過銑刨破碎車對其進行銑刨、破碎及分類存儲，試驗前需對銑刨料進行均勻拌和過篩處理，并測定處理后銑刨料老化瀝青的性能（表1）。

表1 RAP 老化瀝青技術指標

（2）瀝青：新瀝青選擇橡膠瀝青，經檢測得到其主要技術指標見表2。

表2 橡膠瀝青技術指標

15.2 μm，長度7 mm，主要性能指標見表3。

表3 玄武巖纖維主要性能指標

（3）集料：粗集料選用針片狀和卵石含量較低的玄武巖，表觀相對密度2.81 g·cm-3，壓碎值16.2%，吸水率0.65%。細集料采用機制砂，表觀相對密度2.72 g·cm-3，含泥量0.3%，砂當量8.2%。

（4）玄武巖纖維：試驗選用的玄武巖纖維直徑

1.1.2 最佳油石比確定及配合比設計

再生瀝青混合料配合比選擇AC-13 作為設計級配，通過控制2.36 mm 篩孔集料通過率在14%左右，最終確定混合料級配設計見表4。

表4 AC-13 混合料目標級配

試驗分別制備油石比4.0%、4.5%、5.0%、5.5%及6.0%的5 組馬歇爾試件，依次對5 組試件進行馬歇爾試驗、析漏試驗和飛散試驗，根據試驗結果最終可確定再生瀝青混合料的最佳油石比為5.0%，結果見表5。

表5 再生瀝青混合料的油石比試驗結果

1.2 路用性能評價

根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）規范要求，分別采用高溫車轍試驗、低溫抗裂試驗以及浸水馬歇爾試驗的方法來評價再生瀝青混合料的路用性能。采用AC-13 級配分別制備RAP 摻量為0%、20%、40%及60%的再生瀝青混合料，玄武巖纖維的摻量分別為0%、1%、2%、3%、4%及5%，針對再生混合料路用性能隨RAP 摻量和玄武巖纖維摻量的變化規律進行比較分析。

2 結果與分析

2.1 高溫穩定性

瀝青路面受高溫環境的影響，極易出現混合料遷徙、變形等問題，嚴重時會導致路面出現較大凹陷。由圖1 可知，隨著玄武巖纖維摻量的增加，不同RAP 摻量瀝青混合料的動穩定度均呈增大趨勢變化，說明外摻玄武巖纖維對于瀝青混合料的動穩定度具有一定提升效果。當玄武巖纖維摻量由0%增至0.3%時，瀝青混合料動穩定度的增長幅度較為明顯，而玄武巖纖維摻量由0.3%增至0.5%時，瀝青混合料動穩定度的增長幅度相對平緩，說明對于提升瀝青混合料動穩定度而言，玄武巖纖維摻量并不是越大越好。綜合來看，玄武巖纖維摻量選擇0.3%對于不同RAP 摻量瀝青混合料動穩定度的提升效果相對較優。

圖1 不同纖維摻量-動穩定度變化曲線

2.2 低溫抗裂性

瀝青路面受低溫環境的影響，混合料會變得更硬更脆，且在外力作用下極易出現開裂現象。由圖2可知，隨著玄武巖纖維摻量的增加，不同RAP 摻量瀝青混合料的破壞應變值均呈增大趨勢變化，說明外摻玄武巖纖維對于瀝青混合料的破壞應變具有一定提升效果。同時，隨著RAP 摻量的增大，不同玄武巖纖維摻量瀝青混合料的破壞應變均呈不斷減小趨勢變化，且RAP 摻量越大，混合料破壞應變值越小，說明RAP 摻量的增大會顯著較低瀝青混合料的破壞應變，不宜過大。綜合來看，玄武巖纖維摻量越大，不同RAP 摻量瀝青混合料的破壞應變增幅越大，在選取纖維摻量時應綜合考慮對材料成本的控制以及對混合料其他性能的影響。

圖2 不同纖維摻量-破壞應變變化曲線

2.3 水穩定性

瀝青路面受雨水和積雪的影響，混合料內部會出現水損傷現象。由圖3 可知，隨著RAP 摻量由0%增至60%，不同纖維摻量瀝青混合料的殘留穩定度均呈不斷減小趨勢變化，玄武巖纖維摻量對于新瀝青混合料殘留穩定度的影響較小，對于再生瀝青混合料殘留穩定度的影響相對較大，且玄武巖纖維摻量超過0.3%后其增強效果不大，原因是RAP的長期老化削弱了混合料內部界面的接觸能力，而玄武巖纖維作為一種良好的穩定材料，一定程度增強了混合料的殘留穩定度。不同纖維摻量瀝青混合料的凍融劈裂強度比隨著RAP 摻量增大同樣呈不斷減小趨勢變化，玄武巖纖維摻量對于新瀝青混合料凍融劈裂強度比的影響較小，對于再生瀝青混合料凍融劈裂強度比的影響相對較大，且玄武巖纖維摻量超過0.4%后其增強效果不大，原因是瀝青混合料長期受雨水和積雪的影響，較大程度降低了混合料的強度和穩定性，而玄武巖纖維的摻入加強了混合料內部結構的穩定性，從而一定程度提升了再生混合料的水穩定性能。