玄武巖纖維瀝青膠漿流變性能試驗研究

潘曉慧 吳 星 張 聰

(揚州大學建筑科學與工程學院,江蘇 揚州225000)

隨著我國公路建設發(fā)展,瀝青路面出現(xiàn)了許多病害,如開裂、車轍等[1],嚴重影響了行車安全,縮短了使用壽命。添加纖維改善瀝青混合料性能作為一種提高路面材料性能的方法,得到越來越多的關(guān)注[2]。與其它纖維相比,玄武巖纖維具有拉伸強度高、彈性模量高、化學性能穩(wěn)定等優(yōu)點[3],在瀝青材料中應用前景廣闊。ZHANG等[4]采用CCT試驗和BCT試驗,研究纖維摻量對纖維瀝青膠漿流變性能的影響；胡志釗等[5]采用動態(tài)剪切流變試驗、錐入度試驗等,評價纖維種類對瀝青膠漿高、低溫性能的影響；彭波等[6]采用網(wǎng)籃析出、動態(tài)剪切、彎曲梁流變等試驗方法,研究不同類型瀝青膠漿對瀝青混合料路用性能影響。本文綜合考慮了纖維種類、纖維摻量對瀝青膠漿流變性能的影響,通過動態(tài)剪切流變試驗和彎曲梁蠕變試驗研究其作用規(guī)律,并采用環(huán)境掃描電鏡對纖維及纖維瀝青膠漿試樣的微觀形貌進行觀測,分析其作用機理。

1 材料與試驗

1.1 原材料

試驗采用的瀝青為SBS改性瀝青,填料為石灰?guī)r礦粉。采用的纖維技術(shù)指標匯總?cè)绫?所示。

表1 纖維性能指標及試驗結(jié)果匯總

1.2 纖維瀝青膠漿流變性能試驗

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 高溫流變性能分析

纖維瀝青膠漿動態(tài)剪切流變試驗結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知,三種玄武巖纖維中,Ⅰ#玄武巖纖維瀝青膠漿車轍因子最大,對瀝青膠漿高溫流變性能的改善效果最明顯。Ⅱ#玄武巖纖維瀝青膠漿最小,高溫抗變形能力最弱。隨著玄武巖纖維摻量的增大,瀝青膠漿的有一個先增后減的趨勢,在摻量約為2%時達到最大值,因此玄武巖纖維在瀝青膠漿中的摻量存在一個最佳值約為2%。

圖1 纖維種類、纖維摻量對瀝青膠漿高溫流變性能影響曲線

2.2 低溫流變性能分析

纖維瀝青膠漿BBR試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 纖維種類、纖維摻量對瀝青膠漿低溫流變性能影響曲線

由圖2可知,纖維的摻加使得瀝青膠漿的蠕變勁度S值有一定程度的提高。三種短切玄武巖纖維瀝青膠漿中,Ⅱ#玄武巖纖維瀝青膠漿S值提高最明顯,表現(xiàn)出最差的低溫性能,而Ⅰ#玄武巖纖維瀝青膠漿與木質(zhì)素纖維瀝青膠漿接近,S值相對較低,表現(xiàn)出最優(yōu)的低溫性能。Ⅰ#玄武巖纖維瀝青膠漿的蠕變速率m值隨纖維摻量的增加,有先增大再緩慢減小的趨勢,纖維摻量為2%左右時,纖維瀝青膠漿的m值達到最大值。試驗過程中,當摻量超過4%時,纖維在瀝青膠漿中的分散均勻性降低,BBR試驗結(jié)果的離散性也較大,故纖維摻量不宜超過4%。

2.3 微觀形貌觀測

采用XL-30環(huán)境掃描電子顯微鏡對纖維瀝青膠漿進行觀測,掃描電鏡圖像見圖3。

圖3 摻短切玄武巖纖維瀝青膠漿樣品斷面形貌圖

由圖可知,短切玄武巖纖維在膠漿中成空間網(wǎng)狀分布,結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,高溫時仍有較好的黏彈性,不易產(chǎn)生流變；其加筋作用也對減緩瀝青流動、減少界面相對滑移起到一定效果,抵抗變形能力得到有效提高。

3 結(jié)論

3.1 玄武巖纖維的摻加能夠改善瀝青膠漿的高溫流變性能,試驗溫度升高,改善程度越不明顯。纖維摻量不宜超過4%,且存在一個最佳值,約為2%。纖維對瀝青膠漿的流變性能影響與纖維種類有關(guān)。其中Ⅰ#玄武巖纖維對瀝青膠漿的流變性能改善效果最顯著。

3.2 玄武巖纖維在瀝青膠漿中成空間網(wǎng)狀分布,具有穩(wěn)定、加筋等作用,增強膠漿的抗變形能力。