玄武巖纖維增強(qiáng)AC-13C瀝青混合料性能研究

陳昌宇

摘? 要：針對(duì)目前AC級(jí)配瀝青混合料性能不足，采用摻加0.4%玄武巖纖維增強(qiáng)AC-13C瀝青混合料性能，通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)方法，分別確定了未添加玄武巖纖維AC-13C的最佳油石比4.9%，添加0.4%玄武巖纖維AC-13C的最佳油石比為5.2%;采用車轍試驗(yàn)、低溫彎曲梁試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)等，分析了添加玄武巖纖維對(duì)AC-13C瀝青高溫性能、低溫抗裂性能和水穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：添加玄武巖纖維可有效提高AC-13C瀝青混合料的抗車轍性能、彎拉應(yīng)變、殘留穩(wěn)定度和殘留強(qiáng)度比，說(shuō)明玄武巖纖維的加筋、橋接、增韌等增強(qiáng)作用可顯著提升AC-13C的路用性能，并提升其耐久性。

關(guān)鍵詞：道路工程? 玄武巖纖維? AC-13C瀝青混合料? 油石比? 路用性能

中圖分類號(hào)：U414? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）03（c）-0116-05

Research on Performance of Basalt Fiber Reinforced

AC-13C Asphalt Mixture

CHEN Changyu

（Hunan Xiangping Road and Bridge Construction Co.， Ltd.， Changsha， Hunan Province， 410114 China）

Abstract： In view of the performance of AC-13C asphalt mixture is insufficient at present， the performance of AC-13C asphalt mixture is enhanced by adding 0.4% basalt fiber， and the optimal asphalt to stone ratio of 4.9% without adding basalt fiber and 5.2% with adding 0.4% basalt fiber AC-13C are determined by Marshall test method. The influence of basalt fiber on the high temperature performance， low temperature crack resistance and water stability of AC-13C asphalt was analyzed by rutting test， low temperature bending beam test， soaking Marshall test and freeze-thaw split test. The results show that the addition of basalt fiber can effectively improve the rutting resistance， bending strain， residual stability and residual strength ratio of AC-13C asphalt mixture， which indicates that the reinforcement， bridging and toughening of basalt fiber can significantly improve the road performance and durability of AC-13C asphalt mixture.

Key Words： Road engineering; Basalt fiber; AC-13C asphalt mixture; Asphalt-aggregate ratio; Road performance

密級(jí)配瀝青混凝土混合料AC結(jié)構(gòu)是目前使用最廣泛的瀝青路面結(jié)構(gòu)，一般不摻加纖維，但AC結(jié)構(gòu)的瀝青路面車轍性能普遍較差，且經(jīng)常產(chǎn)生水穩(wěn)定性不足的情況，特別在湖南地區(qū)，高溫重載相當(dāng)嚴(yán)重，且常年雨水較多，提高混合料AC結(jié)構(gòu)的路用性能相當(dāng)重要。因此，通過(guò)研究摻玄武巖纖維AC結(jié)構(gòu)瀝青混合料的路用性能，改善懸浮—密實(shí)結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的不足，提升南方高溫多雨地區(qū)瀝青路面質(zhì)量具有重要意義。

袁玉卿等人研究在不同玄武巖纖維摻量下的透水瀝青混凝土的性能，認(rèn)為PAC的最佳玄武巖纖維摻量為0.3%～0.4%。王子楓等人通過(guò)多種室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)摻加玄武巖纖維的PAC-13混合料性能進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)纖維的摻入提高了PAC-13混合料滲水的有效空隙率和滲水系數(shù)。楊程程等人運(yùn)用極差分析法和方差分析法，分析了玄武巖纖維摻量、纖維長(zhǎng)徑比和纖維模量對(duì)瀝青混合料彎拉性能影響的敏感性，并對(duì)玄武巖纖維參數(shù)進(jìn)行了單因素分析。羅倩研究了玄武巖纖維對(duì)大空隙瀝青混合料路用性能的影響。錢振東等人分析了2%～10%短切玄武巖纖維摻量對(duì)改性環(huán)氧瀝青及其混合料性能的影響，認(rèn)為與普通環(huán)氧瀝青混合料相比，摻2%、4%和6%短切玄武巖纖維的改性環(huán)氧瀝青混合料依然保持良好的高溫性能。顧倩儷等人研究了玄武巖纖維長(zhǎng)度對(duì)瀝青混合料性能的影響，發(fā)現(xiàn)與單摻6 mm玄武巖纖維相比，混合長(zhǎng)度玄武巖纖維對(duì)瀝青混合料的抗疲勞性能和抗開(kāi)裂性能改善最為明顯。盧祎苗等人分析了高溫-水浴耦合作用下，玄武巖纖維對(duì)瀝青混合料抗車轍形變能力和抗水損傷衰變性能的影響。

論文通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)確定最佳油石比，并通過(guò)車轍試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)等，評(píng)價(jià)玄武巖纖維對(duì)AC-13C瀝青混合料性能的影響。

1? 原材料性能

1.1 瀝青

瀝青采用泰普克SBS改性瀝青，性能指標(biāo)具體見(jiàn)表1。

1.2 集料

輝綠巖粗集料性能指標(biāo)具體見(jiàn)表2。

1.3 玄武巖纖維

玄武巖纖維長(zhǎng)度為6 mm，性能要求具體見(jiàn)表3。

2? 玄武巖纖維增強(qiáng)AC-13C瀝青混合料組成設(shè)計(jì)

2.1 AC-13C級(jí)配組成

玄武巖纖維增強(qiáng)AC-13C級(jí)配曲線圖見(jiàn)圖1。

2.2 最佳油石比確定

對(duì)不摻加玄武巖纖維和摻0.4%玄武巖纖維的瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)[1]，試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表4和表5。

由表4和表5的結(jié)果計(jì)算得出：不加玄武巖纖維AC-13C最佳油石比為4.9%，添加0.4%纖維摻量AC-13C的最佳油石比為5.2%，說(shuō)明在玄武巖纖維具有一定的吸油能力，可增加瀝青混合料的瀝青用量。

3? 玄武巖纖維增強(qiáng)AC-13C瀝青混合料路用性能

3.1 高溫穩(wěn)定性

釆用車轍試驗(yàn)方法評(píng)價(jià)摻0.4%玄武巖纖維對(duì)AC-13C瀝青混合料高溫性能的影響[2-3]，車轍試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，玄武巖纖維加入后，AC-13C改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度提高4 802次/mm，永久變形減小1.521 mm，表明玄武巖纖維可以有效地改善SBS改性瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。瀝青混合料摻加玄武巖纖維后，其抗車轍性能顯著提高，主要原應(yīng)是三維隨機(jī)分布的玄武巖纖維吸附瀝青后，形成了三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而瀝青膠漿性能增強(qiáng)，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性得到提高。

3.2 低溫抗裂性

采用低溫彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)其低溫抗開(kāi)裂性能，試驗(yàn)溫度為（-10±0.5）℃[4-5]，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

由表7可知，玄武巖纖維加入后，瀝青混合料的彎拉強(qiáng)度提高了10.8%，彎拉應(yīng)變提高了24.9%，勁度模量降低了11.3%，說(shuō)明摻加玄武巖纖維的瀝青混合料低溫抗裂性有所改善，主要因?yàn)樾鋷r纖維能吸附自由瀝青，從而增大混合料內(nèi)部粘結(jié)力，且玄武巖纖維對(duì)瀝青混合料的“橋接”和“加筋”作用能防止瀝青路面產(chǎn)生裂縫。

3.3 水穩(wěn)定性

釆用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)玄武巖纖維增強(qiáng)AC-13C的水穩(wěn)定性[6-7]，結(jié)果見(jiàn)表8。

從表8中試驗(yàn)結(jié)果可以得知，添加和未添加玄武巖纖維的AC-13C瀝青混合料的水穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，但摻玄武巖纖維混合料的殘留穩(wěn)定度和殘留強(qiáng)度比均有所提高，表明瀝青混合料中加入玄武巖纖維后，其抗水損害性能得到增強(qiáng)，其原因主要是：玄武巖纖維被瀝青吸附后，瀝青混合料的飽和度增大，孔隙率減小，密實(shí)性加強(qiáng)，瀝青路面壓實(shí)后，水不易滲透至瀝青和礦料界面上，從而瀝青路面水穩(wěn)定性能增強(qiáng)。

4? 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)，確定了未摻玄武巖纖維和0.4%玄武巖纖維摻量的AC-13C的最佳油石比分別為4.9%和5.2%。

（2）加入玄武巖纖維后，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度和彎拉應(yīng)變有所提高，永久變形減小，說(shuō)明玄武巖纖維科提升AC-13C高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。

（3）摻加0.4%玄武巖纖維比未摻加纖維的AC-13C殘留穩(wěn)定度和殘留強(qiáng)度比均有提高，表明玄武巖纖維可有效改善AC-13C的水穩(wěn)定性。

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