玄武巖纖維瀝青混合料性能研究

王洋 李雪萍 薛冰

摘 要為預(yù)防瀝青路面病害的形成，將纖維添加到瀝青混合料中已得到廣泛應(yīng)用。為了研究玄武巖纖維對(duì)瀝青路面的影響，本文選用動(dòng)態(tài)剪切、拉伸試驗(yàn)對(duì)摻有6%纖維瀝青膠漿的抗剪能力、延展性及纖維瀝青混合料性能進(jìn)行研究。研究表明：纖維的摻入能夠增強(qiáng)瀝青膠漿的抗剪切能力及高溫穩(wěn)定性;當(dāng)纖維摻入量為 0.4% 時(shí)，混合料路用性能最優(yōu)。

關(guān)鍵詞玄武巖纖維;纖維膠漿;瀝青混合料;路用性能

1 瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)

1.1 原材料性能

瀝青為SBS 改性瀝青，其主要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，玄武巖纖維為GBF17μm-12mm短切紗，其主要技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

1.2 配合比設(shè)計(jì)及馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

本文選用AC-13C混合料進(jìn)行研究，粗集料為10-15mm、5-10mm、3-5mm石灰?guī)r碎石，細(xì)集料為0-3mm石灰?guī)r機(jī)制砂，礦粉由石灰?guī)r磨細(xì)制成，粗、細(xì)集料及礦粉主要技術(shù)指標(biāo)均滿足相關(guān)規(guī)范要求，礦料級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。

對(duì)普通AC-13C混合料及摻有0.4%玄武巖纖維的AC-13C混合料開展馬歇爾試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

2 玄武巖纖維瀝青膠漿性能

將加熱好的瀝青置入高速剪切機(jī)，同時(shí)添加6%的玄武巖纖維，均勻攪拌30min，配置纖維瀝青膠漿。

2.1 高溫性能

本文選用動(dòng)態(tài)剪切儀進(jìn)行不同溫度下瀝青膠漿的抗剪切試驗(yàn)。不同溫度下瀝青膠漿動(dòng)態(tài)剪切強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表 4。

由表4得出：溫度越高，抗剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果越低，這主要因?yàn)闉r青膠漿隨溫度升高黏度降低，抗剪切能力降低引起的;同一溫度時(shí)，玄武巖纖維的摻入可以增強(qiáng)瀝青膠漿的抗剪切性能。

2.2 低溫性能

將加熱后的瀝青膠漿進(jìn)行澆模，室溫下放置24h，將脫模后的試件放入溫度為（20±1）℃的高低溫恒溫水浴中2h，最后開展瀝青膠漿低溫性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

由表 5 得出：摻有6%纖維的瀝青膠漿抗拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果明顯大于未摻纖維的，而斷裂延伸率試驗(yàn)結(jié)果剛好相反。這是因?yàn)槔w維對(duì)瀝青起到加筋、增韌的效果，提高瀝青的抗拉能力，降低了延展能力。

3 路用性能研究

3.1 高溫穩(wěn)定性

本文選用車轍試驗(yàn)對(duì)混合料進(jìn)行研究，參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）的要求進(jìn)行試驗(yàn)。不同纖維摻量時(shí)混合料動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

由圖1得出：隨著纖維添加量的增大，混合料動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)摻量為0.4% 時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到峰值。這主要因?yàn)槔w維亂象分散在混合料中能夠起到加筋、增韌的作用，改善了混合料抵抗剪切變形能力，提高混合料高溫穩(wěn)定性;當(dāng)纖維用量大于0.4% 時(shí)，過(guò)多的纖維會(huì)吸附瀝青，導(dǎo)致礦料之間的瀝青膜變薄，會(huì)降低混合料的高溫穩(wěn)定性。

3.2 低溫抗裂性

本文選用低溫小梁彎曲試驗(yàn)對(duì)混合料進(jìn)行低溫抗開裂性能研究，混合料低溫彎曲破壞應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖2得出： 隨著纖維用量的增加，混合料的低溫彎曲破壞應(yīng)變?cè)囼?yàn)結(jié)果呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)纖維用量為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果依次提高了3.0%、9.5%、20.9%、17.3%、6.4%。這是主要因?yàn)槔w維分散在混合料中能夠改善礦料間的黏結(jié)性能，增強(qiáng)混合料抗低溫抗開裂能力。

3.3 水穩(wěn)定性

本文選用浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比試驗(yàn)研究混合料的抗水損害能力。不同纖維用量時(shí)混合料浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)圖3、圖4。

由圖3得出：隨著纖維用量的增大，混合料浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)纖維用量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果分別提高3.4%、4.6%、5.7%、6.9%、4.6%。由圖4得出：隨著纖維用量的增大，混合料凍融劈裂殘留強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)纖維用量分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5% 時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果分別提高2.4%、4.8%、7.1%、9.5%和 5.9%。這主要因?yàn)槔w維與瀝青具有很好的相容性，能夠吸附大量的瀝青，增加了混合料飽和度，降低了礦料之間的空隙，使瀝青路面更加密實(shí)，改善混合料的抗水損害能力。當(dāng)纖維用量為0.4%時(shí)，瀝青路面抗水損害能力最佳。

4 結(jié)論

（1）隨著溫度的升高，瀝青膠漿抗剪切能力降低;摻有6%纖維的瀝青膠漿抗拉伸性能明顯優(yōu)于未摻纖維的，但斷裂延伸率變化結(jié)果相反。

（2）隨著纖維用量的增大，混合料動(dòng)穩(wěn)定度、低溫破壞應(yīng)變、浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度以及凍融劈裂殘留強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)纖維用量為0.4%時(shí)，混合料綜合路用性能最優(yōu)。

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