基于玄武巖纖維瀝青混合料路用性能研究

高 亮

（中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710000）

近年來，社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步極大地促進(jìn)了我國道路交通的發(fā)展，公路交通的運(yùn)量在不斷增長，同時(shí)有越來越多的重軸載車輛上路行使，這些都對(duì)瀝青路面的承載能力提出了極高的要求，很多瀝青路面在投入使用后不久就發(fā)生了病害問題，道路路面的使用壽命以及質(zhì)量性能都無法滿足現(xiàn)代社會(huì)的公路運(yùn)輸需要，因此必須加大對(duì)新型瀝青混合料路用性能的研究力度。目前主要采用的是在瀝青混合料中添加纖維作為加筋穩(wěn)定外摻劑的方式來對(duì)路面的質(zhì)量性能加以改善。特別是基于玄武巖纖維的瀝青混合料在高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性以及水穩(wěn)定性等方面與傳統(tǒng)的瀝青混合料相比都具有明顯的優(yōu)勢，同時(shí)其施工操作也較為便捷，施工單位以及相關(guān)的研究人員應(yīng)深入研究分析玄武巖纖維混合料的路用性能，并擴(kuò)大新型材料的推廣應(yīng)用范圍，從而全面提高我國道路交通設(shè)施的質(zhì)量和性能。

1 基于玄武巖纖維瀝青混合料的級(jí)配和油石比研究

首先合理選擇瀝青混合料的級(jí)配，本文在研究試驗(yàn)中采用的瀝青混合料為AC-16型，其級(jí)配應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)的技術(shù)規(guī)范要求。此外，還應(yīng)科學(xué)確定瀝青混合料的油石比和玄武巖纖維的摻加量。在本文的研究中將玄武巖纖維摻量確定為0.3%，同時(shí)將油石比確定為4.6%。

2 基于玄武巖纖維瀝青混合料的相關(guān)路用性能研究

2.1 瀝青混合料中摻加玄武巖纖維的高溫性能研究

瀝青路面處于高溫環(huán)境下時(shí)，其穩(wěn)定性會(huì)受到一定的影響，特別是當(dāng)路面承載的交通量比較大以及重軸載時(shí)，推移、隆起、泛油以及車轍等各種病害的發(fā)生概率都會(huì)相應(yīng)地增加，因此需要通過相關(guān)試驗(yàn)來研究瀝青混合料在高溫條件下的動(dòng)穩(wěn)定度等路用性能。在本文中選擇通過車轍試驗(yàn)方式來研究瀝青混合料在摻入玄武巖纖維前后的高溫穩(wěn)定性變化。

在試驗(yàn)過程中使用的了長寬均為300 mm，高度為50 mm規(guī)格的試件，并將試驗(yàn)溫度控制在60 ℃。在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)首先先在常溫環(huán)境下放置試件一天，并在恒溫環(huán)境下進(jìn)行5～24 h的養(yǎng)生，然后再開始碾壓試驗(yàn)，其中試驗(yàn)輪的輪壓控制在0.7 MPa，碾壓速度為42 次/min。在試驗(yàn)的碾壓初期階段中，兩個(gè)試件的變形在壓實(shí)作用下基本保持了相同的變形發(fā)展。但碾壓時(shí)間的達(dá)到30 min以上后，摻加了玄武巖纖維與未摻加的試件出現(xiàn)了差異較大的車轍發(fā)展。在碾壓次數(shù)完全一致的情況下，摻加了玄武巖纖維的試件所產(chǎn)生的車轍深度以及形變量都要比未摻加試件低一些，說明基于玄武巖纖維的瀝青混合料具有更強(qiáng)的抗高溫性能，使瀝青混合料的路用性能得到了明顯的改善[1]。此外，在試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)當(dāng)玄武巖纖維摻量為0.3%時(shí)，瀝青混合料在高溫穩(wěn)定性方面的改善最為明顯，因此在向?yàn)r青混合料中摻加玄武巖纖維時(shí)，應(yīng)將纖維摻量控制在0.3%左右。

2.2 瀝青混合料中摻加玄武巖纖維的低溫抗裂能力研究

我國瀝青路面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)坑槽、裂縫以及車轍等病害問題，特別是路面的開裂問題嚴(yán)重破壞了瀝青路面的完好性和使用壽命。造成路面開裂問題的主要原因之一是路面在低溫條件下變硬或者變脆，使得路面的抗變形性能下降，加之路面結(jié)構(gòu)長時(shí)間承受荷載，因此出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，降低了路面的使用性能，因此需要對(duì)基于玄武巖纖維瀝青混合料的低溫抗裂性能進(jìn)行研究。

本文根據(jù)相關(guān)的試驗(yàn)操作規(guī)程，首先采用輪碾成型方式來完成車轍試件的制作，并將按照30×35×250的規(guī)格將其切割成棱柱體，并將試驗(yàn)溫度控制在-10 ℃左右，同時(shí)將加載速率設(shè)定為每分鐘50 mm。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，摻入0.3%玄武巖纖維的瀝青混合料具有更大的應(yīng)變彎拉性能，說明瀝青混合料在低溫抗裂能力方面得到了有效的改善。

這主要是由于瀝青混合料在摻入了玄武巖纖維后，玄武巖纖維有效的吸附了混合料中多余的瀝青，加大了瀝青混合里的勁度以及內(nèi)部的黏結(jié)力，從而提高了瀝青混合料在低溫條件下的抗裂性能[2]。此外，在摻加了玄武巖纖維后，瀝青混合料中形成了更大的加筋以及橋接效應(yīng)，同時(shí)瀝青混合料在柔性方面也得到了明顯的改善，從而降低了路面出現(xiàn)裂縫的概率，有效地提高了路面的低溫抗裂能力。

2.3 瀝青混合料中摻加玄武巖纖維的水穩(wěn)性能研究

瀝青路面在重軸載以及動(dòng)水作用的影響下，其水穩(wěn)定性會(huì)降低，混合料中的自由水在孔隙中形成較大的動(dòng)水壓力，從而使瀝青路面上出現(xiàn)裂縫，并造成瀝青路面產(chǎn)生蜂窩麻面以及集料松散或剝落等問題，因此，需要通過凍融劈裂以及浸水馬歇爾等試驗(yàn)來對(duì)基于玄武巖纖維瀝青混合料的水穩(wěn)性能進(jìn)行研究。

2.3.1 通過浸水馬歇爾試驗(yàn)研究瀝青混合料的水穩(wěn)定性

在浸水馬歇爾試驗(yàn)中，應(yīng)分別設(shè)置浸水組以及對(duì)照不浸水組。其中浸水試件應(yīng)在恒溫為60 ℃的水中保持48 h以上再測試相關(guān)參數(shù)[3]。同時(shí)在試驗(yàn)中穩(wěn)定度儀可以將其加載速率設(shè)定為每分鐘50 mm。經(jīng)試驗(yàn)研究分析發(fā)現(xiàn)，基于玄武巖纖維瀝青混合料在水穩(wěn)定度方面得到了明顯的提高。

這主要是由于瀝青混合料中摻入了玄武巖纖維后，瀝青被玄武巖纖維有效吸附，減少了混合料中的孔隙，提高了密實(shí)性和飽和度，因此在對(duì)瀝青路面進(jìn)行壓實(shí)作業(yè)后，瀝青以及礦料與水的接觸面積減小。此外由于玄武巖纖維的摻入，增強(qiáng)了混合料中的加筋效益，提高了瀝青路面的載荷能力，降低了凍循環(huán)以及水循環(huán)對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)的影響，減少了路面發(fā)生形變的概率，改善了瀝青路面的抗水毀能力。

2.3.2 通過凍融劈裂試驗(yàn)研究瀝青混合料的水穩(wěn)定性

在凍融劈裂試驗(yàn)中，應(yīng)將試驗(yàn)溫度控制在25 ℃左右，并對(duì)試件兩面分別進(jìn)行50次擊實(shí)。此外加載速率應(yīng)設(shè)置為每分鐘50 mm。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)將凍融組試件在真空環(huán)境下進(jìn)行15 min飽水，并在恒溫為-18 ℃條件下放置16 h，然后依次進(jìn)行恒溫為60和25 ℃的水浴以及浸泡，最后再測定相關(guān)參數(shù)[4]。通過該試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，基于玄武巖纖維瀝青混合料具有更高的凍融劈裂強(qiáng)度，玄武巖纖維在瀝青混合料中發(fā)揮了較大的阻裂作用，從而使瀝青混合料增強(qiáng)了低溫抗裂能力。

3 結(jié)語

經(jīng)過一系列的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，基于玄武巖纖維瀝青混合料在高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂、抗疲勞以及水穩(wěn)定性等路用性能與傳統(tǒng)纖維瀝青混合料相比都具有比較明顯的優(yōu)勢，瀝青混合料的強(qiáng)度、黏韌性以及抗變形能力等得到了有效的改善。當(dāng)摻入0.3%的玄武巖纖維后，瀝青路面在高溫下具有了更好的穩(wěn)定性，其抗水毀能力提高，同時(shí)由于瀝青混合料中加入了玄武巖纖維，產(chǎn)生了明顯的加筋和阻裂效應(yīng)，使瀝青混合料具備了更好的低溫抗水毀性能。公路工程的施工單位以及相關(guān)研究人員還應(yīng)進(jìn)一步加大對(duì)玄武巖纖維路用性能的研究，以促進(jìn)我國道路施工質(zhì)量的全面提高。