玄武巖纖維抗裂性能及其在瀝青混合料中的應用研究

摘""要：隨著道路工程對材料性能要求的提升，玄武巖纖維作為一種新型改性材料，因其優異的力學性能和耐久性，越來越受到關注。介紹了玄武巖纖維的基本特性及其在公路工程中瀝青面層中的應用，探討了玄武巖纖維與瀝青混合料的兼容性。然后，詳細闡述了玄武巖纖維改性瀝青混合料的制備工藝，通過實際道路工程案例分析，評估了玄武巖纖維改性瀝青混合料的應用效果和性能表現，旨在為玄武巖纖維在道路工程中的應用提供了理論支持和實踐依據。

關鍵詞：玄武巖纖維""瀝青混合料""抗裂性能""制備工藝

中圖分類號：TU52

Research"on"the"Crack"Resistance"of"Basalt"Fiber"and"Its"Application"in"Asphalt"Mixtures

LI"Yue

Jiangsu"Modern"Engineering"Testing"Co.，"Ltd.，"Nanjing，"Jiangsu"Province，"210000"China

Abstract："With"the"increasing"demand"for"materialnbsp;performance"in"road"engineering，"basalt"fiber，"as"a"new"type"of"modified"material，"has"attracted"more"and"more"attention"due"to"its"excellent"mechanical"properties"and"durability."This"article"introduces"the"basic"characteristics"of"basalt"fiber"and"its"application"in"asphalt"surface"layer"of"highway"engineering，"and"discusses"the"compatibility"between"basalt"fiber"and"asphalt"mixture."Then，"the"preparation"process"of"basalt"fiber"modified"asphalt"mixture"was"elaborated"in"detail."Through"the"analysis"of"actual"road"engineering"cases，"the"application"effect"and"performance"of"basalt"fiber"modified"asphalt"mixture"were"evaluated，"aiming"to"provide"theoretical"support"and"practical"basis"for"the"application"of"basalt"fiber"in"road"engineering.

Key"Words："Basalt"fiber;"Asphalt"mixture;"Crack"resistance"performance;"Preparation"process

傳統瀝青混合料在長期使用中出現裂縫等破損問題，既影響了道路安全和使用壽命，又增加了維護成本，隨著道路交通量的增加和使用條件的復雜化。改性瀝青混合料由于具有優良的力學性能和耐高溫、耐腐蝕等特點，玄武巖纖維作為一種新型增強材料，已成為當今研究的熱點。本文旨在探討玄武巖纖維在瀝青混合料中的應用，尤其是其對瀝青混合料抗裂性能的影響，希望能為今后的道路施工、養護提供寶貴的借鑒。

1""玄武巖纖維的特性與應用

1.1""玄武巖纖維的基本特性

玄武巖纖維是指密度通常在2.60～3.05"g/cm3范圍內，具有良好的抗壓和抗拉強度，經玄武巖巖石熔融而制成的無機質纖維。玄武巖纖維具有極高的耐熱性，在600"℃以上高溫環境下，在不發生熔融或降解的情況下，仍能保持性能穩定，遠遠超過傳統有機纖維。在不受酸堿環境影響的情況下，它的耐腐蝕性能也是極其優越的，可以有效地防止化學腐蝕。玄武巖纖維在具有優異的抗磨損和抗紫外線能力的同時，導熱系數低，能夠降低熱量的傳導[1]。這些特性使得在建筑、交通、航空等領域廣泛使用的玄武巖纖維，能夠在惡劣的環境下，依然保持穩定的物理性能，從而達到增強材料強度和耐久性的目的。

1.2""玄武巖纖維在公路工程瀝青面層中的應用

玄武巖纖維在公路工程瀝青面層中的應用體現了其獨特的技術優勢。由于玄武巖纖維具有優異的耐高溫、耐腐蝕和力學性能，可以作為改性劑摻入瀝青混合料中，可以顯著改善瀝青路面的高溫穩定性、抗車轍能力和抗裂性能。在高溫條件下，玄武巖纖維能夠有效分散應力集中區域，減少路面因溫度變化引起的裂縫；同時，纖維的存在還能夠增加瀝青混合料的黏結力，提高其抗剪切性能，進而增強路面的整體承載能力和使用壽命。玄武巖纖維的加入有助于形成更加致密的瀝青混合料結構，降低了滲透率，提高了防水性能，對延長瀝青路面的服役年限具有重要意義。

1.3""玄武巖纖維與瀝青混合料的兼容性

玄武巖纖維在高溫條件下化學穩定性和耐熱性極佳，不會降解，在瀝青混合料中可保持物理性能穩定。玄武巖纖維在長期接觸瀝青時，吸水率低，耐化學腐蝕性能優異，因而不易降解或相互反應。玄武巖纖維的強度高、分散性好，使其在瀝青混合料中分布均勻得到了保證，從而使混合料的抗裂性、韌性得到了有效的增強。纖維與瀝青的良好相容性保證了施工中的離析問題減少和混合料整體性能的提高，在高溫和惡劣的環境條件下增強了材料的穩定性。

2""玄武巖纖維改性瀝青混合料的抗裂機制

2.1""纖維對裂紋擴展的影響

玄武巖纖維有效地抑制裂紋的擴展，通過增強材料的機械性能，改善瀝青混合料中的內部結構。纖維在混合料中的分布，在增強瀝青混合料整體韌性的同時，提高了其外部力的分散能力，從而形成了立體的網狀結構。玄武巖纖維在瀝青混合料中初步形成裂紋時，可通過機械鎖定作用，通過橋接作用，使裂紋擴大速度減慢。纖維通過嵌入混合材料的基材中，通過牽引作用，有效地阻礙裂紋的進一步擴大，使其長度和寬度減少，從而形成了一個堅固的纖維網[2]。玄武巖纖維在高溫低溫條件下，對瀝青混合料的性能同樣具有穩定作用。纖維可降低瀝青在高溫下的流動性變化，防止塑性變形過大；在低溫條件下，纖維能有效應對溫度變化帶來的裂紋問題，通過提高材料的韌性來增強其抗脆裂能力。

2.2""改性瀝青的耐久性與抗老化性能

在長期使用中，特別是在復雜的環境條件下，評估其穩定性和可靠性的關鍵因素是改性瀝青的耐久性和抗老化性能。通過添加玄武巖纖維、聚合物等各種改性劑，改性瀝青的物理性質和化學性質都得到了明顯的改善，耐久性也得到了加強。作為改性劑的玄武巖纖維，其優異的耐高溫、耐腐蝕和化學穩定性，使改性瀝青在極端的環境條件下，具有更高的穩定性。在耐久性方面，通過改性劑的作用優化了改性瀝青的分子結構，使其保持了較低的老化速度，長期處于負荷和環境中。改性瀝青的抗老化性主要體現在抗氧化能力、抗紫外線照射能力以及抗熱老化等方面。氧化老化通常會造成瀝青變硬變脆，而通過形成保護膜或交聯網絡，改性瀝青中的改性劑會使氧化過程變慢。這些改性劑可以與瀝青基體中的化學成分發生化學反應，使材料的抗老化能力得到提高，從而形成更穩定的化學結構[3]。紫外線照射會造成瀝青的光降解，通過摻入改性劑，改性瀝青對紫外線的吸收和散射能力得到了加強，對瀝青的光降解作用得到了有效的降低。高溫下老化會導致瀝青流動性下降，而改性瀝青可以保持較好的高溫穩定性，防止流動性過快，從而使其使用壽命延長，因此，改性瀝青在高溫下的穩定性會降低。

3""玄武巖纖維改性瀝青混合料的制備與性能

3.1""玄武巖纖維改性瀝青混合料的制備工藝

為保證纖維在瀝青混合料中的有效分散和性能提升，玄武巖纖維改性瀝青混合料的制備過程涉及多個關鍵步驟，具體過程如圖1所示。準備好基礎瀝青、玄武巖纖維、填料（如石灰石粉）和粗細集料。其中，玄武巖纖維的選擇尤為重要，一般選用長度為3～5"mm、直徑小于5"μm的纖維，以確保纖維在混合料中的分散性和穩定性。為了提高纖維與瀝青的相容性和黏結力，通常會對玄武巖纖維進行表面改性處理。常用的一種方法是在纖維表面涂覆一層瀝青乳液或化學偶聯劑，以增強纖維與瀝青的結合力。將基礎瀝青加熱至規定溫度（通常為140～160"℃），加入一定比例的玄武巖纖維（一般為瀝青質量的0.3%～0.5%），并在攪拌狀態下保持一段時間（約30"min），使纖維均勻分散于瀝青中。在此過程中，還需要控制攪拌的速度和時間，以避免纖維團聚或過度剪切。將預處理后的玄武巖纖維改性瀝青與預先加熱至規定溫度（通常為160～180"℃）的粗細集料和填料一起加入拌合機中。根據設計配合比，精確稱量各種材料，確保混合料的質量符合要求。拌合過程中需要嚴格控制溫度和時間，通常拌合時間為45～60"s。制備好的玄武巖纖維改性瀝青混合料需要進行一系列性能測試，包括馬歇爾試驗、物理力學性能測試及低溫彎曲試驗等，以評估混合料的力學性能和路用性能。

3.2""物理力學性能測試

物理力學性能測試是通過標準的真密度和體積密度測量試驗，評估其材料的緊密度和孔隙分布情況對混合料抗壓強度和耐久性的直接影響程度，從而確定評價玄武巖纖維改性瀝青混合料性能的步驟。測試過程包括測定瀝青混合料的密度和孔隙率。然后再進行馬歇爾穩定度、流值等壓實試驗，以確定實際使用中混合物的穩定度及變形能力。通過壓實試驗，能看出混合物的抗壓能力，也能看出其承載負荷的大小。進行抗拉強度試驗和抗裂性能試驗，對混合料的抗裂性和韌性通過拉伸試驗和低溫彎曲試驗進行評價，確保其在冷卻和荷載的作用下，不容易產生裂紋。耐磨損性試驗通過輪胎磨耗試驗對長期使用中的混合物耐磨損性性能進行評價。

3.3""抗裂性能測試

抗裂性能測試是為了檢測材料在不同環境條件下的裂縫抵抗能力，考核玄武巖纖維改性瀝青混合料在實際工程中抗裂性能的重要環節。測試內容一般有低溫彎曲測試、抗拉力測試、熱穩定性測試。低溫彎曲試驗是通過測定試樣在低溫條件下的彎曲應變和應力，并對瀝青混合料在低溫環境下的性能進行模擬，并對其在低溫條件下的抗裂能力進行評估。進行抗拉強度試驗，通過施加拉伸力來測量材料的抗拉強度和延展性，幫助確定受力情況下混合料的裂紋擴展趨勢，通過施加拉伸力來測量材料的抗拉強度和熱穩定性試驗是為了在炎熱的氣候條件下保證穩定性，評估瀝青混合料在高溫環境下的性能，模擬材料在高溫下的膨脹和流動性[3]。

4""玄武巖纖維改性瀝青混合料的應用實踐

4.1""實際道路工程中的應用案例

某高速公路改擴建工程，以提高道路使用壽命和抗裂性能為目的，將玄武巖纖維改性瀝青混合料應用于主干道面層的施工中。項目以全面翻新為主要任務，即對原有的瀝青混合料進行更換，并對其路面結構設計進行改進。項目團隊在施工前進行詳細的材料測試和評價，確定了玄武巖纖維的最佳摻量和瀝青的改性配方，在施工過程中對舊路面進行徹底清理和加熱處理，使新的瀝青混合料與改性瀝青進行充分攪拌，在預先混合好的骨料中均勻添加了玄武巖纖維。這套混合料能在高溫下表現出很好的流動性和可操作性，這就保證了施工中的平整度和密實度。新鋪設的瀝青路面施工完成后，還做了詳細的質量檢測，其中包括抗壓強度試驗耐磨損性試驗抗裂性能試驗等，以確保符合設計要求。

4.2""應用效果與性能評估

武巖纖維改性瀝青混合料與傳統瀝青混合料相比，在多項關鍵性能指標上均有顯著的優勢，具體表現如表1所示。這些數據顯示，玄武巖纖維改性瀝青混合料在增強道路耐久性、抗開裂和施工性能等方面，具有顯著的優越性，具有優良的施工性能。

5""結語

玄武巖纖維改性瀝青混合料應用前景廣闊，在抗壓強度、耐磨損性、抗裂性能以及穩定度等多個方面都有很好的表現，為現代道路工程提供新的技術解決途徑。在未來的研究中，可進一步探索不同纖維類型與改性瀝青混合料配方的結合使用，以促進該技術的更廣泛應用與開發，對于促進我國道路工程的可持續發展，具有重要意義。

參考文獻

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