玄武巖纖維/玻璃纖維瀝青混合料路用性能研究

摘要：為研究玄武巖纖維/玻璃纖維瀝青混合料的路用性能，文章在纖維總摻量為3%的情況下，采用兩種纖維單摻和物理共混復(fù)摻的方式，制備了三種纖維瀝青混合料，并對三種纖維瀝青混合料的路用性能進行試驗分析。結(jié)果表明：相較于纖維單摻，玄武巖纖維與玻璃纖維1∶1復(fù)摻，可有效改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗水損壞性能，能較好適用于南方高溫多雨的濕熱環(huán)境；對于瀝青混合料低溫性能，兩種纖維復(fù)摻對其低溫抗裂性能沒有較為明顯的提升與改善。

關(guān)鍵詞：瀝青混合料；玄武巖纖維；玻璃纖維；路用性能

0引言

瀝青混合料中纖維的使用較為廣泛，其主要作為穩(wěn)定劑和分散劑，對瀝青混合料的路用性能有一定的改善［1-2］。纖維在瀝青混合料中的主要有吸附、穩(wěn)定、加筋、阻裂、增韌等作用，因此較適用于重載交通以及夏季氣溫較高地區(qū)［3-5］。

在工程實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，在瀝青混合料中，以合適的比例摻入兩種及兩種以上不同類型或不同尺寸的纖維，可以發(fā)揮不同纖維的優(yōu)勢，不同纖維協(xié)同作用，對瀝青混合料結(jié)構(gòu)進行穩(wěn)定、加固和增韌，從而提高瀝青混合料的力學(xué)性能和耐久性能［6-10］，因此混雜纖維瀝青混合料逐漸成為了研究的熱點。

蔣雷鳴［11］發(fā)現(xiàn)相較于纖維單摻，纖維混摻后瀝青混合料的路用性能會更勝一籌，且在纖維總摻量一定的情況下，[JP]不同纖維混摻比例也會對瀝青混合料各項指標(biāo)有一定的影響。李楠［12］發(fā)現(xiàn)纖維復(fù)合改性瀝青混合料具有較好的抗老化性能，其中玄武巖纖維、玻璃纖維和木質(zhì)纖維在瀝青混合料老化后仍具有不錯的高溫性能和抗水損壞性能。蔣夢雅等［13］通過單軸拉伸試驗、半圓彎拉試驗和凍融劈裂試驗，發(fā)現(xiàn)玻璃纖維與瀝青具有較好的粘結(jié)性，其粘結(jié)強度高于玄武巖纖維，當(dāng)玻璃纖維摻量為0.3%時，其改性瀝青混合料具有最佳的路用性能。李建合等［14］通過研究不同摻量玄武巖纖維對SBS改性瀝青混合料的路用性能影響，發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維的摻量為0.3%時，其瀝青混合料路用性能提升最顯著。

綜上所述，本文將結(jié)合玄武巖纖維和玻璃纖維材料的特點，充分發(fā)揮兩種纖維材料的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，在纖維總摻量為3%的基礎(chǔ)上，對比分析兩種纖維單摻和兩種纖維等比例復(fù)摻后瀝青混合料的路用性能。

1 原材料性能檢測

1.1 瀝青

為凸顯纖維改性瀝青混合料路用性能，本文選用較為常用的SBS改性瀝青，根據(jù)試驗規(guī)程對SBS改性瀝青進行主要性能檢測［15］，檢測結(jié)果如表1所示。

1.2 礦料

本文選用的兩檔粗集料均為玄武巖，粗集料表面粗糙、干燥且潔凈，細集料和礦粉均為石灰?guī)r。依據(jù)《公路工程集料試驗規(guī)程》（JTG E42-2005）［16］中的試驗方法進行主要性能檢測，檢測結(jié)果如下頁表2～4所示。

1.3 纖維

本文選取的纖維分別為玄武巖纖維和玻璃纖維，兩種纖維在瀝青路面中應(yīng)用較為廣泛。其中，玻璃纖維具有較好的耐熱性、抗腐蝕性和較高的強度，玻璃纖維與瀝青結(jié)合后具有較好的粘結(jié)性，在瀝青混合料中具有較好的分散性，容易形成網(wǎng)狀搭接的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)［17-18］；玄武巖纖維是一種綠色環(huán)保材料，同樣具有較好的耐熱性、抗腐蝕性和強度，在瀝青路面中應(yīng)用較為廣泛［19-20］。玄武巖纖維和玻璃纖維的各項指標(biāo)如表5所示。

2 配合比設(shè)計

根據(jù)SMA-13級配范圍（表6），通過馬歇爾試驗最終確定了一條在級配中值附近的級配曲線作為合成級配，具體級配曲線如圖1所示。由于兩種纖維的體積參數(shù)相差較小，在纖維總質(zhì)量一定的情況下，不同纖維對瀝青混合料的體積指標(biāo)影響較小。對兩個纖維單摻組和質(zhì)量比例為1∶1的纖維復(fù)摻組進行馬歇爾試驗，結(jié)合各項瀝青混合料的體積指標(biāo)，得出三組瀝青混合料最佳油石比均為5.1%。

3 瀝青混合料路用性能試驗

3.1 高溫性能試驗研究

對于高溫且濕熱的南方地區(qū)，重載交通下更容易發(fā)生車轍等病害，因此，對瀝青路面的高溫性能要求更高。三種纖維瀝青混合料高溫性能采用常規(guī)車轍試驗來評價，通過對比動穩(wěn)定度（DS）來分析各組瀝青混合料的高溫性能，具體試驗結(jié)果如圖2所示。

由圖2動穩(wěn)定度試驗結(jié)果可知，三種纖維瀝青混合料的動穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求，其中兩種纖維復(fù)摻的瀝青混合料的動穩(wěn)定度最高，相較于玄武巖纖維瀝青混合料和玻璃纖維瀝青混合料動穩(wěn)定度分別增加了20%和28%，說明其抗車轍性能較好。這可能是因為玄武巖纖維具有較大的比表面積，與瀝青粘結(jié)后具有較好的整體性和穩(wěn)定性；加上玻璃纖維不易結(jié)團的特性，使得纖維間相互搭接，形成了均勻且穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)，從而改善了混合料的高溫性能。

3.2 低溫抗裂性能試驗研究

瀝青路面在低溫狀態(tài)下受力容易發(fā)生脆斷，從而產(chǎn)生溫縮裂縫。本文采用低溫三點彎曲試驗來評價瀝青混合料的低溫性能，通過測試三種纖維改性瀝青混合料小梁試件破壞時的最大彎拉應(yīng)變（μ）和抗彎拉強度（RB），通過比較μ和RB的大小來評價瀝青混合料的低溫抗裂性能，試驗結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，三種纖維瀝青混合料均滿足規(guī)范要求，其中玄武巖纖維瀝青混合料的最大彎拉應(yīng)變最高，纖維復(fù)摻介于單摻玄武巖纖維和單摻玻璃纖維之間，說明1∶1纖維復(fù)摻對于瀝青混合料低溫性能提升不明顯；對于彎拉強度，三種纖維瀝青混合料從大到小依次為纖維復(fù)摻＞玻璃纖維＞玄武巖纖維，纖維復(fù)摻相較于玻璃纖維和玄武巖纖維彎拉強度分別增加了7%和10%。這是因為纖維會吸收一定的瀝青中輕質(zhì)組分，使得彎拉應(yīng)變整體變化不明顯；而復(fù)摻纖維對瀝青的約束更強，限制了混合料的相對位移，使整體抗彎拉強度得到提升。

3.3 凍融劈裂試驗研究

本文通過凍融劈裂試驗來評價三種瀝青混合料的水穩(wěn)性能。通過測試不同試件的劈裂抗拉強度后，可得到劈裂抗拉強度比（TSR）。一般來說，TSR越大則表明混合料受凍融循環(huán)后其強度保留越大，說明其水穩(wěn)性越好。具體試驗結(jié)果如圖4所示。

由圖4凍融劈裂試驗結(jié)果可知，三種纖維瀝青混合料在經(jīng)歷凍融循環(huán)后劈裂強度均受到一定影響，其中復(fù)摻纖維瀝青混合料的劈裂抗拉強度最高。這是由于玻璃纖維材料的疏水性和親油性導(dǎo)致的，其獨特的結(jié)構(gòu)特點使凍融循環(huán)對瀝青混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響相對較小，加之玄武巖纖維可以強化玻璃纖維的抗水損害性能，從而提高了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

3.4 抗飛散試驗研究

飛散試驗不但可以確定SMA瀝青混合料的瀝青用量，也可以評價瀝青混合料的抗水損害性能，能較好地反映路面抗松散和抗剝落等病害的能力。按照瀝青規(guī)范［15］進行浸水飛散試驗，具體試驗結(jié)果如圖5所示。

由圖5瀝青混合料飛散試驗結(jié)果可知，三種纖維瀝青混合料試驗結(jié)果均滿足規(guī)范要求，其中玻璃纖維瀝青混合料飛散損失率最高，其次是玄武巖纖維組和纖維復(fù)摻組，說明纖維復(fù)摻提高了瀝青、纖維和礦料間的粘結(jié)性，使瀝青混合料的整體性和抗飛散性能得到提高，較好地預(yù)防了瀝青混合料路面的松散和剝落等病害的發(fā)生。

4 結(jié)語

（1）相較于纖維單摻，玄武巖纖維與玻璃纖維1∶1復(fù)摻，可有效改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗水損壞性能，能較好適用于南方高溫多雨的濕熱環(huán)境。

（2）對于瀝青混合料低溫性能，玄武巖纖維與玻璃纖維1∶1復(fù)摻，對其低溫抗裂性能沒有較為明顯的提升與改善。

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作者簡介：韋才超（1986—），工程師，主要從事公路工程項目建設(shè)管理工作。