復(fù)摻纖維SMA-13瀝青混合料性能試驗(yàn)研究

胡 敏

（新疆北朋土木工程檢測咨詢有限公司，新疆 烏魯木齊 830016）

1 試驗(yàn)背景

以粗集料為主的SMA瀝青混合料具有較強(qiáng)的高溫抗車轍性能，并且由于具有較多的礦粉和瀝青以及較少的細(xì)集料，使其黏結(jié)力較好，改善了瀝青混合料的低溫抗裂性能以及耐疲勞性能[1-2]，空隙率較小能夠具有較好的水穩(wěn)定性，而在SMA瀝青混合料中加入纖維穩(wěn)定劑是使其綜合性能有所提高的方法之一。

目前,木素質(zhì)纖維是SMA瀝青混合料中最多使用并且具有較好穩(wěn)定性的纖維穩(wěn)定劑。一般情況下，木素質(zhì)纖維瀝青比起礦物纖維瀝青多了0.4%的用量，這些多出的瀝青用量被纖維內(nèi)部所吸收，但木素質(zhì)纖維在吸收了瀝青之后并不會(huì)使瀝青油膜的厚度以及混合料的性能有所提高，反倒是使瀝青用油量有所上升，導(dǎo)致其增加了成本。

作為一種新型的綠色環(huán)保材料，玄武巖纖維具有與集料相同的材質(zhì)，對于再生利用較有利，但因?yàn)槠湮漳芰^差，往往減少了瀝青的用量，對于瀝青混合料具有不同的改善效果[3]。試驗(yàn)表明，瀝青混合料中摻入玄武巖纖維或木質(zhì)素纖維可使其性能得到有效提高，其中對于瀝青混合料的疲勞性能而言，摻入玄武巖纖維更有效。

2 復(fù)摻纖維SMA-13瀝青混合料路用性能研究

2.1 高溫穩(wěn)定性能

0.7 MPa的荷載在60C的條件下，利用200 mm直徑模擬車輛在輪跡軌道上進(jìn)行反復(fù)運(yùn)行，反復(fù)加壓于車轍板，試驗(yàn)結(jié)果見圖1?？梢钥闯?，以3∶0的BF跟CF比例，動(dòng)穩(wěn)定度有6 622次/毫米的最大值，此時(shí)具有最好的高溫穩(wěn)定性，比起單摻CF時(shí)的高溫穩(wěn)定性提高了12.6%。因此可知，比起單摻CF時(shí)的穩(wěn)定度而言，單摻BF具有更大的動(dòng)穩(wěn)定度DS。表明SBS瀝青混合料的高溫性能方面，摻入BF的效果更佳。

圖1 復(fù)摻纖維比與動(dòng)穩(wěn)定度的關(guān)系

SMA瀝青在復(fù)摻了BF以及CF之后，隨著不斷增加CF比例，其動(dòng)穩(wěn)定度表現(xiàn)為不斷降低，表明隨比例不斷變大的CF，其在SMA混合料具有更大的作用，此時(shí)BF對瀝青混合料的高溫性能僅具有較弱的改善作用。隨著不斷增加CF比例，瀝青混合料的高溫性能不斷降低[4-5]。

試驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)，瀝青用量隨著不斷增加CF而有所上升，試塊表面有泛油現(xiàn)象。對瀝青高溫流變性能進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，瀝青在60C時(shí)，摻入CF能使其高溫流變性得到改善。

2.2 低溫抗裂性能

對于5種瀝青混合料的低溫抗裂性能，采取小梁彎曲試驗(yàn)進(jìn)行模擬。在-10±0.5C環(huán)境下，以50 mm/mm的加載速率進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表1。

表1 復(fù)摻纖維瀝青混合料低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)集中荷載作用到小梁試塊時(shí)，瀝青混合料在低溫狀態(tài)下發(fā)生破壞的原因主要是拉伸到了集料間界面以至其出現(xiàn)破裂，并且隨著不斷增大的荷載作用而出現(xiàn)擴(kuò)展。在加載時(shí)瀝青混合料有較大的集中應(yīng)力出現(xiàn)在粗集料表面以至于有剪切破壞出現(xiàn)，因此對于瀝青混合料的低溫抗裂性能而言瀝青集料間的界面強(qiáng)度是較為重要的指標(biāo)。隨著CF占比的增大，纖維瀝青具有更大的抗剪強(qiáng)度，并且具有翻倍的纖維吸油率，混合料中的纖維吸附了瀝青，導(dǎo)致加大了纖維瀝青的黏度和勁度，隨著增強(qiáng)了瀝青跟集料的界面強(qiáng)度，使SMA混合料表現(xiàn)出增大了的最大彎拉應(yīng)變。

在瀝青混合料中，玄武巖纖維具有較為明顯的“加筋”作用，并且具有較強(qiáng)的抗拉伸強(qiáng)度，提高了開裂時(shí)所需的能量。在降低玄武巖纖維中的摻量時(shí)，導(dǎo)致出現(xiàn)降低的加筋作用，以不同程度影響了混合料的破壞彎拉應(yīng)變。此外，對于摻入了玄武巖纖維以及木素質(zhì)纖維的瀝青混合料，其內(nèi)部具有較為復(fù)雜的分布狀態(tài)，可以使應(yīng)力得到有效分散以及傳遞，使瀝青混合料的低溫抗裂性能有所增強(qiáng)。

2.3 水穩(wěn)定性能

瀝青路面在水資源入侵了瀝青與集料界面，使集料表面逐漸開始剝離出瀝青膜，導(dǎo)致集料間的黏結(jié)力消散而出現(xiàn)路面破壞[6]。對于復(fù)摻纖維瀝青混合料，采用馬歇爾試驗(yàn)以及凍融劈裂試驗(yàn)對其抗水損害性能進(jìn)行評價(jià)。

2.3.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

試驗(yàn)按規(guī)范要求選取馬歇爾試塊，將其中一組試塊放置在溫度為60C的恒溫水槽中保溫30 min，將另一組試件保溫48 h，即可采用馬歇爾試驗(yàn)對其穩(wěn)定度進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)中對不同類型瀝青混合料的水穩(wěn)定性以殘留穩(wěn)定度進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果見圖2?？芍赟MA瀝青混合料中單獨(dú)摻入CF之后的穩(wěn)定度要比單獨(dú)摻入BF之后的穩(wěn)定度效，摻入了BF后瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度比以0∶3的比例復(fù)摻BF以及CF的要有所提高，約為4.4%。

圖2 瀝青混合料浸水殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

隨著不斷增加CF用量，瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度有所增加，對于以2∶1的比例進(jìn)行復(fù)摻BF和CF的瀝青混合料而言，單摻CF的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度增加了1.5%；比1.5∶1.5的比例復(fù)摻BF和CF的瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度增加了2.0%；瀝青混合料中，隨著CF摻量在1.5%以上時(shí)，其穩(wěn)定度表現(xiàn)出逐漸降低趨勢，并且降低幅度逐漸增大。表明通過摻入纖維以提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性的方式存在最優(yōu)比例。對于1.5∶1.5復(fù)摻BF和CF的SMA瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度而言，其相對于單摻CF的SMA瀝青混合料的穩(wěn)定度有所提高，約為6.1%。在浸水殘留穩(wěn)定度的角度看，SMA瀝青混合料在以1.5∶1.5的比例進(jìn)行復(fù)摻時(shí)有最優(yōu)的水穩(wěn)定性能。

2.3.2 凍融劈裂試驗(yàn)

瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果見圖3?？梢钥闯?，凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果與馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果相似。瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度在1.5∶1.5的比例下復(fù)摻BF和CF時(shí)具有最優(yōu)效果。

分析可知，瀝青混合料中加入纖維能使瀝青遷移效果得到抑制，瀝青混合料與礦料之間可通過玄武巖纖維的加筋作用而提高黏結(jié)力以及摩擦力等，使其殘留穩(wěn)定度及抗劈裂能力有所提高。

圖3 瀝青混合料凍融劈裂強(qiáng)度比試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語

從SMA瀝青混合料路用性能出發(fā)，單摻BF的瀝青混合料比起單摻CF的瀝青混合料具有更優(yōu)的綜合性能，在1.5∶1.5的比例下復(fù)摻玄武巖纖維和木素質(zhì)纖維時(shí)，瀝青混合料的綜合路用性能最佳。因此，考慮瀝青混合料的性能效益，推薦以1.5∶1.5的比例復(fù)摻玄武巖纖維和木素質(zhì)纖維。