玄武巖纖維瀝青膠漿性能研究

張素蘭，楊小斌，賈水彩

(1.漯河市泰贏路橋工程有限公司;2.焦作市公路管理局規(guī)劃勘察設計院)

1 引言

瀝青膠結(jié)料為溫度敏感性材料，高溫時易產(chǎn)生流淌，低溫時易出現(xiàn)縮裂。瀝青混合料主要由瀝青膠結(jié)料、集料和外摻劑組成。外摻劑的不同類型、比例對混合料的性能影響較大。研究首先通過不同纖維摻量下瀝青膠漿的針入度、軟化點、延度等室內(nèi)試驗分析纖維對瀝青的粘、彈性及韌性的影響，對玄武巖纖維和瀝青膠漿的作用機理開展研究。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 針入度試驗

針入度指數(shù)PI是最常用來描述瀝青膠結(jié)料感溫性的指標，在國外已把PI列為瀝青標準指標。瀝青流變學研究中指出，針入度指數(shù)反映瀝青偏離牛頓流體的程度，PI值太小時，瀝青低溫時顯示明顯的脆性特征;太大時，耐久性不好，它的低溫脆性雖小，但顯示較強的荷載速率感應性?？偟膩碚f，針入度指數(shù)太低和太高都是不好的。這就是普遍規(guī)定PI在 -1.0～1.0 間的原因。

對瀝青膠漿在10℃、15℃、25℃、30℃下進行針入度試驗，試驗結(jié)果如下表1所示。

表1 玄武巖纖維瀝青膠漿針入度試驗結(jié)果

表1為不同玄武巖纖維摻量下瀝青膠漿針入度與溫度的關(guān)系。由表可知，對所試驗的瀝青膠漿而言，針入度隨著溫度的升高而增加。在10℃、15℃、25℃、30℃試驗溫度下，SBR改性瀝青膠漿的針入度隨著纖維摻量的增加而減小，在摻量為2% ～4%下，SBS改性瀝青膠漿的針入度可以達到高粘瀝青的水平。由瀝青膠漿針入度指數(shù)可知，隨著纖維摻量的增加，瀝青膠漿PI值增大，表明膠漿的感溫性得到改善，高溫性能增強。

2.2 軟化點試驗

軟化點的試驗方法有好多種，本研究采用的是環(huán)球法。對添加不同劑量纖維的SBS瀝青膠漿和高黏瀝青進行軟化點試驗，結(jié)果如圖1。

從表1可知，摻加纖維后SBS改性瀝青的軟化點較純SBS改性瀝青有顯著提高，且隨著纖維摻量的增加，纖維瀝青的軟化點增大。纖維摻量為2%、3%、4%時纖維瀝青膠漿的軟化點較純?yōu)r青分別提高了21.8%、24.9%、28.3%，由此表明玄武巖纖維顯著提高了瀝青的熱穩(wěn)定性。瀝青膠漿熱穩(wěn)定性的增強，可提高瀝青的高溫穩(wěn)定性，有效降低其高溫剪切永久變形。純?yōu)r青中添加玄武巖纖維后，針入度和針入度指數(shù)減少、軟化點提高，主要的原因是玄武巖纖維的加入使瀝青的膠體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，纖維在瀝青中為不溶物，以三維分散相存在，且其表面空隙吸收瀝青中的輕質(zhì)油分，也就相當于在原瀝青中加入瀝青質(zhì)，從而使瀝青逐漸由溶膠轉(zhuǎn)變?yōu)槿堋z結(jié)構(gòu)以至凝膠結(jié)構(gòu)，從而提高了瀝青膠漿的溫度穩(wěn)定性。

圖1 瀝青膠漿的軟化點

2.3 延度試驗

瀝青的延度是在規(guī)定的速度和溫度下，拉伸標準試件的兩端直至斷裂的長度。在一定溫度下的延度試驗結(jié)果能夠間接地反映在路面使用溫度下的瀝青粘度和剪切敏感性的關(guān)系，同時，其與路面的使用性能有一定的相關(guān)性，尤其是低溫延度與低溫開裂性能密切。因此，對上述的瀝青膠漿在5℃、10℃，以5 mm/min的速度進行試驗，結(jié)果如圖2。

圖2 瀝青膠漿的延度

由圖2測試結(jié)果可知，摻加玄武巖纖維后瀝青膠漿的延度較同溫度時純?yōu)r青的延度小得多，而且摻量越大，溫度越低，膠漿的延度也越低。溫度為5℃和10℃時，纖維摻量分別為2%、3%、4%時膠漿的延度較純?yōu)r青分別降低了31.2%，43.6%、67.4%和 15.2%、26.4%、40.9%。

在瀝青路面中，瀝青膠漿的變形能力實際上決定了混合料在低溫時是否出現(xiàn)縮裂。膠漿低溫延度較大時，混合料的應變能力較大，路面出現(xiàn)裂縫的可能性就小，反之，則路面容易出現(xiàn)裂縫，致使其他早期病害的并發(fā)。當然，纖維的加入可以提高混合料的強度，路面產(chǎn)生開裂所需能量要提高，但是，纖維在瀝青中的摻量不宜過多。應該在混合料強度提高及纖維膠漿延度降低兩個矛盾之間確定纖維摻量的最佳值。

2.4 彈性恢復試驗

彈性恢復一般用來評價改性瀝青的變形恢復能力。通常彈性恢復好的瀝青材料，對荷載作用產(chǎn)生的路面變形“自愈”能力強，隨裂縫變化的適應能力也較強。彈性恢復指標是針對于改性瀝青提出的，對SBS原瀝青、三種不同玄武巖纖維摻量的瀝青膠漿和高黏瀝青進行彈性恢復試驗，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 玄武巖瀝青膠漿彈性恢復試驗結(jié)果

由表2中玄武巖膠漿彈性恢復試驗結(jié)果可知，相對于純?yōu)r青，玄武巖纖維的加入大大提高了瀝青膠漿的彈性恢復能力，且隨著玄武巖纖維摻量的增加，膠漿彈性恢復呈遞增趨勢，在纖維摻量分別為2%、3%、4%時，瀝青膠漿的彈性恢復較純?yōu)r青提高了5%以上，并且超過了同等試驗條件下高黏瀝青的彈性恢復值。由此表明纖維的加入提高了瀝青膠漿的彈性，使得混合料的疲勞性能和高溫性能得到較大改善，對延長路面的使用壽命和使用品質(zhì)具有重要的意義。

3 結(jié)語

(1)對不同玄武巖纖維摻量的瀝青膠漿進行針入度試驗可知，膠漿的針入度隨著纖維摻量的增加而減小，隨著溫度的升高而增大;針入度指數(shù)隨纖維摻量的增加而增大，瀝青膠漿的感溫性得到改善。

(2)由玄武巖纖維膠漿的軟化點試驗可知，膠漿的軟化點隨纖維摻量的增加而減小，在纖維摻量為4%時，接近高粘瀝青的軟化點水平。

(3)從纖維膠漿的延度試驗可得，膠漿的延度隨纖維摻量的增加而減小，隨溫度的升高而增加，延度的減小會增加路面出現(xiàn)溫縮裂縫的可能性。

綜上可知，在瀝青膠漿中加入玄武巖纖維后，瀝青膠漿的高溫及耐久性得到提高。

［1］ 張爭奇，胡長順.纖維加強瀝青混凝土幾個問題的研究和探討［J］.西安公路交通大學學報，2001，21(1).

［2］ 彭波，李文瑛，戴經(jīng)梁.纖維在瀝青混合料中應用的研究［J］.中南公路工程，2003，28(2).

［3］ 徐蕾.聚酯纖維材料在高速公路養(yǎng)護中的應用分析［J］.公路，2004，(12).

［4］ 林菘，倪江寧，王鳴義.聚酯纖維在瀝青混凝土中的應用［J］.合成纖維工業(yè)，2005，28(3).

［5］ 劉立新.瀝青混合料粘彈性力學及材料學原理［M］.人民交通出版社，2006.

［6］ 湯寄予，高丹盈，韓菊紅.玄武巖纖維對瀝青混合料水穩(wěn)定性影響的研究［J］.公路，2008，(1).

［7］ 陳斌，陳興芬.玄武巖纖維在瀝青路面的應用研究［J］.交通建設與管理，2009，(11).

［8］ 苗英豪，王秉綱.瀝青路面降噪性能研究綜述［J］.中外公路，2006，(8).

［9］ 劉祖國，劉新權(quán)，等.漢英高速公路透水型瀝青混凝土路面降噪性能研究［J］.公路，2008，4(4).

［10］交通部頒布.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［M］.北京人民交通出版社，2004.

［11］劉鐵山，延西利，韓森.外摻纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性研究［J］.公路，2006，18(7).