玄武巖纖維摻量對降噪路面的路用性能影響

代書凝，咼潤華，2，高曉通

（1.新疆大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院， 烏魯木齊830046；2，清華大學(xué) 土木水利學(xué)院， 北京100084）

隨著交通系統(tǒng)的完善和車速的提高，城市道路交通噪音給人們生活帶來極大干擾，從而對路面降噪提出了更高的要求。橡膠瀝青目前是降噪路面常用的材料，橡膠瀝青是利用廢舊輪胎加工成的粉末，按一定的比例加入各種改性劑后，與瀝青充分溶合而形成的改性瀝青膠結(jié)料[1]。橡膠瀝青降噪路面的推廣，不僅降低噪音污染，也將成為廢舊輪胎處理的一個(gè)較好途徑，綠色環(huán)保，變廢為寶。但橡膠瀝青的水穩(wěn)定性較弱[2]、抗老化性能差[3]、路用性能差成為影響橡膠瀝青降噪路面推廣使用的瓶頸問題。玄武巖纖玄武巖纖維抗拉強(qiáng)度高、不易老化、耐腐蝕性較好[4]，與橡膠瀝青相容性好，同時(shí)也能滿足瀝青路面耐久性的要求，對瀝青混合料的高低溫性能有較好的改善作用[5]，因此，研究橡膠瀝青和玄武巖纖維復(fù)合解決降噪瀝青路面混合料的路用性能意義重大。國內(nèi)外對于橡膠粉和玄武巖纖維單一改性瀝青的研究較多，或者對二者復(fù)合于混凝土進(jìn)行研究[6-7]，但對于兩者復(fù)合作用在瀝青混合料上的路用性能具體表現(xiàn)如何還未能有詳細(xì)的研究， 因此本研究對橡膠粉和玄武巖纖維在瀝青混合料上的復(fù)合作用及影響進(jìn)行具體研究和分析， 并著重于探究玄武巖纖維摻量對降噪路面的路用性能影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

試驗(yàn)所用所用玄武巖纖維為山西晉投生產(chǎn)，技術(shù)指標(biāo)如表1所示?；|(zhì)改性瀝青為山東某化工廠所提供的70 號基質(zhì)瀝青，其基本性能指標(biāo)如表2所示。橡膠粉采用40 目的廢舊輪胎橡膠粉，粗集料為玄武巖，細(xì)集料為石灰?guī)r，各集料的指標(biāo)均滿足規(guī)范[8-9]要求。

表1 玄武巖纖維物理與化學(xué)技術(shù)指標(biāo)

表2 70 號基質(zhì)瀝青性能指標(biāo)

1.2 混合料級配

采用級配為AC-13，級配組成見表3。

表3 AC-13 瀝青混合料級配

1.3 改性瀝青的制備

制備復(fù)合改性瀝青時(shí)，綜合參考其他研究的改性瀝青制備方法[10-12]，確認(rèn)瀝青的復(fù)合制備方法為：將基質(zhì)改性瀝青加熱至150～160 ℃，邊攪拌邊加入瀝青質(zhì)量15%的橡膠粉，保持150 ℃的溫度條件下，用高速剪切機(jī)以1 500～2 000 r/min 高速剪切30 min 后，放入烘箱發(fā)育30 min，再分別按0%、0.1%、0.3%、0.5%、0.7%摻量加玄武巖纖維， 用高速機(jī)攪拌機(jī)以1 500 r/min 的速度攪拌25 min使玄武巖纖維在復(fù)合改性瀝青中分散均勻，形成不同膠凝材料組分。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

依據(jù)瀝青混合料的規(guī)程[8]，采用高溫車轍試驗(yàn)評價(jià)試件的高溫性能，制作300 mm×300 mm×50 mm 的板塊狀試件，試驗(yàn)溫度為60 ℃，利用車轍試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，測試試件在變形穩(wěn)定時(shí)期每增加1 mm 變形需要行走的次數(shù)，機(jī)動穩(wěn)定度，以次/mm 來表示，高溫車轍試驗(yàn)采用LDCZ-5 型自動車轍試驗(yàn)儀（如圖1）進(jìn)行，試驗(yàn)所用的試件如圖2所示。

采用低溫小梁試驗(yàn)評價(jià)其低溫性能， 測定熱拌瀝青混合料在規(guī)定溫度和加載速率時(shí)彎曲破壞的力學(xué)性質(zhì)，制作250 mm×30 mm×35 mm 的棱柱體小梁試件，試驗(yàn)溫度為-10 ℃，采用MTS 萬能材料試驗(yàn)儀（如圖3）進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)使用的試件見圖4。

圖1 LDCZ-5 型自動車轍試驗(yàn)儀

圖2 高溫車轍試驗(yàn)試件

圖3 MTS 萬能材料試驗(yàn)儀

圖4 低溫小梁試驗(yàn)試件

瀝青混合料馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)是將瀝青混合料制成標(biāo)準(zhǔn)的圓柱形試體， 在穩(wěn)定度儀上測定其穩(wěn)定度和流值，以這兩項(xiàng)指標(biāo)來表征其高溫時(shí)的穩(wěn)定性和抗變形能力。采用浸水馬歇爾試驗(yàn)評價(jià)其水穩(wěn)定性能，進(jìn)行浸水馬歇爾試驗(yàn)時(shí)使用ld-5b 型瀝青混合料穩(wěn)定度測定儀（圖5）來測定，試驗(yàn)試件見圖6。制作101.6 mm（直徑）×63.5 mm（高度）的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，采用瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)儀進(jìn)行試驗(yàn)。

圖5 瀝青混合料穩(wěn)定度測定儀

圖6 標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件

2 結(jié)果與討論

2.1 高溫穩(wěn)定性

由高溫車轍試驗(yàn)得到圖7為不同玄武巖纖維摻量下，瀝青混合料的高溫車轍試驗(yàn)結(jié)果，由數(shù)據(jù)可知，與未添加玄武巖纖維的橡膠瀝青相比，當(dāng)玄武巖纖維的摻量從0%增加到0.1%、0.3%、0.5%和0.7%時(shí)，瀝青混合料的動穩(wěn)定度分別提升了37.8%、44.7%、43.2%、32.7%，但摻量為0.3%時(shí)的動穩(wěn)定度最大。當(dāng)摻量高于0.5%時(shí)，呈下降趨勢，說明在玄武巖纖維在達(dá)到0.7%之前的某一摻量時(shí)，纖維摻量已經(jīng)達(dá)到飽和，分析其原因?yàn)槔w維摻量過大導(dǎo)致瀝青中出現(xiàn)了纖維的團(tuán)結(jié)，從而影響了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

2.2 低溫性能

低溫小梁試驗(yàn)試驗(yàn)得到圖8為不同玄武巖纖維摻量下，瀝青混合料的低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果，由圖可得，武巖纖維的分別摻量為0.1%、0.3%、0.5%、0.7%時(shí)，瀝青混合料的彎拉應(yīng)變分別為，3852、4137、4308、3927 με， 均滿足規(guī)范要求， 且較未添加玄武巖纖維時(shí)分別提高了23.9%、、33.1%、38.6%、26.3%。同瀝青混合料的高溫性能變化趨勢相似，當(dāng)玄武巖纖維摻量0.5%時(shí)，之后低溫抗裂性能出現(xiàn)下降，因此，為了保證低溫性能的改善效果，玄武巖纖維的摻量應(yīng)低于0.5%。

圖7 不同玄武巖纖維摻量時(shí)混合料動穩(wěn)定度

圖8 不同玄武巖纖維摻量時(shí)混合料彎拉應(yīng)變

2.3 浸水馬歇爾試驗(yàn)

從表4可以看出，隨著玄武巖纖維摻量的增加，瀝青混合料的穩(wěn)定度大致都有所不同程度的增加，殘留穩(wěn)定度比呈上升趨勢最高提升了11.2%，可見玄武巖纖維與橡膠瀝青復(fù)合改性對瀝青的水穩(wěn)定性能有較好的改善效果，這是由于玄武巖纖維具有較低的吸濕力，能夠減少水分浸入瀝青膜，一定程度上抑制了混合料的水損害過程[13]，且纖維與瀝青相互吸附，從而使混合料的抵抗荷載的能力增強(qiáng)[14]，從而提高了瀝青混合料的水穩(wěn)定性能。

表4 殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）玄武巖纖維能提高橡膠瀝青的動穩(wěn)定度，對瀝青混合料的高溫性能有較明顯的改善效果，玄武巖摻量為0.5%時(shí)的動穩(wěn)定度最高，說明武巖纖維的摻量不宜超過瀝青質(zhì)量的0.5%。

（2）玄武巖纖維的摻入，能夠使橡膠瀝青的低溫抗力性能得到相應(yīng)的提高，玄武巖瀝青的摻量為0.5%時(shí)的改善效果最為明顯，低溫抗裂應(yīng)變提高了1.38 倍。

（3）隨著玄武巖纖維摻量的增加，瀝青混合料的穩(wěn)定度和殘留穩(wěn)定度比均被提高，表明玄武巖纖維-橡膠復(fù)合瀝青的水穩(wěn)定性較好。

因此當(dāng)玄武巖纖維摻量從0%～0.5%遞增時(shí)， 可以明顯改善瀝青降噪路面混合料的高溫性能、低溫性能和水穩(wěn)定性等路用性能，當(dāng)玄武巖纖維摻量超過0.5%時(shí)，各項(xiàng)路用性能呈遞減趨勢。