玄武巖纖維對于改善瀝青混合料抗裂性的研究

孫威宇，李莉斯，張茂林，蔡新宇

(西藏大學(xué) 工學(xué)院，西藏 拉薩 850000)

0 前 言

高海拔多年凍土區(qū)存在常年低溫、晝夜溫差大、太陽輻射強、凍融循環(huán)等嚴(yán)酷自然條件，易導(dǎo)致瀝青公路面層低溫開裂、材料屬性變化、路基不均勻沉降和基層引起的反射裂縫等問題。其中西藏地區(qū)瀝青公路的結(jié)構(gòu)性開裂在路面老化中占比較大[1]。西藏公路施工圖設(shè)計普遍存在的現(xiàn)象是重視公路的平面線形設(shè)計，不重視施工圖設(shè)計，對于路面具體材料要求沒有具體的技術(shù)指標(biāo)作為施工依據(jù)[2]。雖然瀝青可以在高溫下保持黏性，但是在低溫條件下，瀝青的黏性便會大幅降低。瀝青黏性的降低會導(dǎo)致瀝青路面過早的開裂[3]。

AC-13瀝青混凝土是西藏最常見的道路瀝青材料，在西藏的各個城市和高速公路上都有使用。為了適應(yīng)高溫度應(yīng)力環(huán)境條件，需對瀝青的各項性能進(jìn)行改良研究，關(guān)于瀝青性能改善的研究，選擇合適的摻合料進(jìn)行瀝青改性是目前常見的研究方向。鑒于玄武巖纖維具有較高的彈性模量，且被較廣泛地應(yīng)用于水泥混凝土中，因此考慮將其應(yīng)用于改善瀝青混凝土的低溫抗裂性能中。

1 試驗過程

1.1 試驗原材料

瀝青混合料采用的是取自G109那曲市安多縣養(yǎng)護(hù)段所用的AC-13的瀝青混合料，在瀝青混合料中添加長度為6 mm、單絲公稱直徑為9 μm的玄武巖纖維從而探究減弱高寒地區(qū)瀝青公路溫度應(yīng)力的有效減弱方法。

1.2 試驗試件制備

本實驗設(shè)計三組試驗組、一組空白對照組?？瞻讓φ战M由不添加玄武巖纖維的AC-13瀝青混合料制成；實驗組中，第一組的玄武巖纖維的摻入量為瀝青混合料質(zhì)量的0.1%，第二組的玄武巖纖維的摻入量為瀝青混合料質(zhì)量的0.2%，第三組的玄武巖纖維的摻入量為瀝青混合料質(zhì)量的0.3%。試驗試塊采用馬歇爾電動擊實儀擊打成型，擊實錘的重量為4 530 g，重錘落差為457 mm，擊實速度為60次/min，擊實次數(shù)為雙面各50次。

具體試驗方法為，先將AC-13瀝青混合料和模具共同加熱至150℃，加熱時間為90 min，將加熱后的瀝青混合料倒入到事先設(shè)定溫度為150℃的BH-20型智能瀝青混合料攪拌機中，再將事先稱量好的玄武巖纖維倒入瀝青混合料攪拌機中，先用手工將玄武纖維和瀝青混合料略微攪拌以防止瀝青攪拌儀攪拌時有纖維飛出攪拌缸，然后用瀝青混合料攪拌儀攪拌180 s(見圖1)。在模具上涂抹脫模劑，將拌和好的瀝青混合料放入模具中，用馬歇爾電動擊實儀進(jìn)行試塊的擊實，擊實后放置6 h，用脫模機進(jìn)行脫模。測量試件規(guī)格為(63.5±1.3)mm為合格試件(見圖2)。時間制作完成后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)完成后的試件按照規(guī)程T0716進(jìn)行50 mm/min的加載速率進(jìn)行劈裂試驗。

圖1 瀝青混合料攪拌

圖2 試件尺寸測量

2 試驗結(jié)果分析

2.1 實驗結(jié)果

按照上述試驗過程進(jìn)行試驗以后測得具體數(shù)據(jù)，未添加玄武巖纖維的試件數(shù)據(jù)如表1所示，玄武巖纖維添加量為0.1%的試件實驗數(shù)據(jù)見表2，玄武巖纖維添加量為0.2%的試塊實驗數(shù)據(jù)如表3所示，經(jīng)試驗玄武巖纖維添加量為0.3%的試件在進(jìn)行凍融循環(huán)時發(fā)生碎裂。

表1 未添加玄武巖纖維試件數(shù)據(jù)

表2 玄武巖纖維的添加量為0.1%試件測試數(shù)據(jù)

表3 玄武巖纖維的添加量為0.2%試件測試數(shù)據(jù)

2.2 結(jié)果分析

根據(jù)實驗結(jié)果數(shù)據(jù)可得，在玄武巖纖維的添加量從0.1%增加至0.2%時瀝青試件的劈裂強度有明顯增加，但當(dāng)玄武巖纖維的添加量為0.3%時，瀝青試件在凍融循環(huán)過程中便出現(xiàn)了破碎。證明當(dāng)在AC-13瀝青混合料中添加本文中所選定規(guī)格的玄武巖纖維提高瀝青的抗裂性的方法是可取的，添加最佳值為0.1%～0.2%，當(dāng)玄武巖纖維的添加量為0.3%時會使瀝青混合料的粘聚力降低。最適添加量還有待進(jìn)一步的試驗論證。

一定量長度為6 mm、單絲公稱直徑為9 μm玄武巖纖維在瀝青混合料中呈現(xiàn)網(wǎng)狀分部，有效地增加了瀝青和級配碎石之間的粘結(jié)力，從而有效提升了瀝青混合料低溫穩(wěn)定性、減緩瀝青路面的凍融開裂問題。但是當(dāng)AC-13瀝青混合料中的玄武巖纖維的添加量為0.3%時會降低瀝青和級配碎石之間的粘聚力，從而導(dǎo)致瀝青混合料在凍融循環(huán)中出現(xiàn)破碎。

3 結(jié) 語

本文論述AC-13瀝青混合料在不同摻量玄武巖纖維試驗情況下的凍融劈裂試驗。通過對各組瀝青試件劈裂強度的比較，從而評估玄武巖纖維對于改善AC-13瀝青混合料抗裂性的影響。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可以得出以下結(jié)論。

1)玄武巖纖維通過加筋方式、增加瀝青混合料內(nèi)部的黏性，起到改善瀝青混合料的抗裂性能。

2)瀝青混合料中加入適當(dāng)?shù)男鋷r纖維可以減少瀝青路面的低溫開裂，其中玄武巖纖維的摻量為0.2%時，瀝青混合料的抵抗開裂的性能最好。

3)AC-13瀝青混合料玄武巖纖維的摻量為0.3%時，瀝青混合料抵抗開裂的性能會低于不添加玄武纖維的AC-13瀝青混合料。

在高寒地區(qū)AC-13瀝青中摻入一定量的玄武巖纖維可以有效改善低溫開裂，在高寒地區(qū)使用AC-13的瀝青混凝土路面施工時可考慮加入一定量的玄武巖纖維來提高路面的低溫抗裂性能。

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