玄武巖纖維增強(qiáng)AC-16C型SBS改性瀝青混合料路用性能分析

收稿日期：2024-01-12

作者簡(jiǎn)介：高澤倩（1988—），女 ，本科，工程師，從事道路設(shè)計(jì)、監(jiān)理工作。

摘要 為了解玄武巖纖維對(duì)瀝青混合料性能的影響，文章借助室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)，在玄武巖纖維摻量0.0%、0.3%條件下對(duì)AC-16C型SBS改性瀝青混合料的路用性能實(shí)施檢測(cè)分析。結(jié)果顯示：（1）玄武巖纖維摻量0.0%、0.3%條件下AC-16C型最優(yōu)瀝青摻量分別為4.6%和4.9%，充分表明玄武巖纖維可有效吸附瀝青，使得瀝青摻量增大。（2）相較于玄武巖纖維摻量0.0%、0.3%條件下AC-16C型SBS改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、殘留強(qiáng)度比、破壞應(yīng)變依次增加了34.9%、5.28%、6.6%、22.5%。

關(guān)鍵詞 公路項(xiàng)目；玄武巖纖維；AC-16C型；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) 2096-8949（2024）09-0062-03

0 引言

瀝青路面作為公路工程中常用的路面類型，具有行車舒適、環(huán)保耐用、抗滑性強(qiáng)、平整度高、可再生利用等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]，在公路建設(shè)中應(yīng)用廣泛，但隨著交通環(huán)境的不斷惡化及重載交通的持續(xù)增大，早期采用的瀝青混合料路用性能顯著降低。為有效提升瀝青路面路用性能，業(yè)界專業(yè)人士通過(guò)在瀝青混合料中摻加纖維對(duì)其性能實(shí)施優(yōu)化，纖維主要包括碳纖維、木質(zhì)素纖維及礦物纖維等[2]。而玄武巖纖維作為典型的礦物纖維，主要采用玄武巖加工而成，具有較強(qiáng)的高溫穩(wěn)定性及抗氧化能力，在諸多領(lǐng)域得到了成功運(yùn)用。因此，該文針對(duì)玄武巖纖維對(duì)AC-16C型SBS改性瀝青混合料路用性能的影響展開(kāi)綜合研究，對(duì)玄武巖纖維在路面工程中的推廣應(yīng)用具有重要意義[3]。

1 原材料及礦料級(jí)配

1.1 礦料

該試驗(yàn)選用的粗集料為花崗閃長(zhǎng)巖，細(xì)集料為瀝青混合料用天然砂，礦粉為石灰?guī)r磨細(xì)礦粉。礦料相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。各種礦料的通篩率數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

1.2 改性瀝青

該試驗(yàn)瀝青材料選用SBS改性瀝青，通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)，其相關(guān)技術(shù)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3 玄武巖纖維

該試驗(yàn)玄武巖纖維摻量為0.3%，纖維質(zhì)地優(yōu)良，色澤成灰褐色。主要技術(shù)參數(shù)為：粒徑為13.0 μm，長(zhǎng)為

9 mm，彈性模量為102.0 GPa，斷裂強(qiáng)度為2 520.0 MPa，其斷裂伸長(zhǎng)率、耐熱性、吸油率等指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.4 設(shè)計(jì)級(jí)配

該文通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)對(duì)AC-16C型SBS改性瀝青混合料實(shí)施級(jí)配設(shè)計(jì)，按照表2得到的篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)，礦料連續(xù)級(jí)配粒徑分別為0～2.36 mm、2.36～4.75 mm、4.75～

9.5 mm、9.5～16.0 mm，其配比依次為，礦料配比依次為2.5%、34.5%、9.0%、20.0%、34.0%。其合成級(jí)配數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

2 玄武巖纖維對(duì)AC-16C型SBS改性瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)的影響

該文分別選取玄武巖纖維摻量為0.0%、0.3%條件下，對(duì)AC-16C型SBS改性瀝青混合料實(shí)施馬歇爾試驗(yàn)，對(duì)兩種玄武巖纖維摻量條件下的混合料空隙率、穩(wěn)定度、流值及飽和度進(jìn)行比較分析[4]。

根據(jù)馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分別獲得玄武巖纖維摻量0.0%、0.3%條件下AC-16C各項(xiàng)性能指標(biāo)變化圖，如圖1、圖2所示?；旌狭献顑?yōu)瀝青摻量OAC按照OAC1與OAC2均值進(jìn)行取值，OAC1按照目標(biāo)空隙5.0%條件下的瀝青摻量進(jìn)行取值。通過(guò)數(shù)值計(jì)算分析得到：玄武巖纖維摻量0.0%、0.3%條件下AC-16C型SBS改性瀝青混合料最優(yōu)瀝青摻量分別為4.6%和4.9%，相較于纖維摻量0.0%，纖維摻量0.3%的混合料瀝青用量更大，充分表明玄武巖纖維可有效吸附瀝青，使得瀝青摻量增大。此外，根據(jù)瀝青穩(wěn)定度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果能夠看出，當(dāng)瀝青摻量相同時(shí)，玄武巖纖維摻量0.3%條件下AC-16C型SBS改性瀝青混合料穩(wěn)定度更高，進(jìn)一步表明玄武巖纖維能有效增強(qiáng)AC-16C型SBS改性瀝青混合料的強(qiáng)度和抗變形能力[5]。

3 玄武巖纖維對(duì)AC-16C型SBS改性瀝青混合料路用性能的影響

瀝青混合料的路用性能主要用高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性等三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 高溫穩(wěn)定性

瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性通過(guò)車轍試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。選取玄武巖纖維摻量為0.0%、0.3%，瀝青摻量為4.6%，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求制備、養(yǎng)護(hù)試件，然后脫模進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4可知，玄武巖纖維摻量0.0%、0.3%條件下的車轍板試件變形分別為2.15 mm和1.43 mm，動(dòng)穩(wěn)定度分別為3 325.0次/mm和4 488.0次/mm；相較于未摻加纖維，摻加纖維后AC-16C型SBS改性瀝青混合料變形量下降0.72 mm，動(dòng)穩(wěn)定度增加1 163次/mm，動(dòng)穩(wěn)定度提高34.9%，充分證明玄武巖纖維能在一定程度上提升混合料的高溫穩(wěn)定性能。其根本原因在于玄武巖纖維具有吸附瀝青的作用，能有效降低其流動(dòng)性，增大各集料間黏附效果及摩擦作用，從而顯著提升抗變形能力。

表4 AC-16C型SBS改性瀝青混合料的車轍檢測(cè)結(jié)果

序號(hào) 纖維摻量/% 永久變形/mm 動(dòng)穩(wěn)定度/（次/mm）

01 0.00 2.15 3 325.00

02 0.30 1.43 4 488.00

3.2 水穩(wěn)定性

瀝青混合料的水穩(wěn)定性通過(guò)浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)[6]，選取玄武巖纖維摻量為0.0%、0.3%，瀝青摻量為4.6%，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求制備AC-16C型SBS改性瀝青混合料試件，通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)測(cè)定試件浸水馬歇爾試驗(yàn)的殘留穩(wěn)定度，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)玄武巖纖維增強(qiáng)AC-16C型SBS改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性實(shí)施評(píng)估，詳細(xì)檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 AC-16C型SBS改性瀝青混合料浸水馬歇爾及

凍融劈裂的試驗(yàn)結(jié)果

序號(hào) 纖維摻量/% 殘留穩(wěn)定度/% 殘留強(qiáng)度比/%

01 0.00 92.20 87.68

02 0.30 97.48 94.28

從表5可知，玄武巖纖維摻量0.0%、0.3%條件下，AC-16C型SBS改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度分別為92.20%和97.48%，殘留強(qiáng)度比分別為87.68%和94.28%；相較于未摻玄武巖纖維，摻加玄武巖纖維后AC-16C型SBS改性瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度及殘留強(qiáng)度比依次提升5.28%和6.6%，充分證明玄武巖纖維能在一定程度上提升混合料的水穩(wěn)定性能。原因主要是由于玄武巖纖維可有效吸附瀝青，顯著增大瀝青飽和度，并能增強(qiáng)各集料間的結(jié)合效果，進(jìn)而提高抗水損能力[7]。

3.3 低溫抗裂性

瀝青混合料的低溫抗裂性通過(guò)低溫彎曲試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，選取玄武巖纖維摻量為0.0%、0.3%，瀝青摻量為4.6%，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求制備彎曲小梁試件，通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)測(cè)定試件低溫彎曲試驗(yàn)的破壞應(yīng)變[8]，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)該混合料的低溫性能實(shí)施評(píng)估，詳細(xì)檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 AC-16C型SBS改性瀝青混合料

低溫彎曲的試驗(yàn)結(jié)果

序號(hào) 纖維摻配量/% 彎曲破壞應(yīng)變/με

01 0.00 2 404.00

02 0.30 2 947.00

從表6可知，玄武巖纖維摻量0.0%、0.3%條件下，AC-16C型SBS改性瀝青混合料試件彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變分別為2 404.00 με和2 947.00 με；相較于未摻加玄武巖纖維，摻加玄武巖纖維后AC-16C型SBS改性瀝青混合料試件彎曲試驗(yàn)的破壞應(yīng)變?cè)龃?2.5%，充分證明玄武巖纖維能在一定程度上提升混合料的低溫抗變形性能。

4 玄武巖纖維對(duì)瀝青混合料的作用機(jī)理

摻加玄武巖纖維后，瀝青混合料內(nèi)部比表面積顯著增大，對(duì)瀝青具有良好的吸附性能，從而有效增大瀝青配比[9]；并且玄武巖纖維呈細(xì)絲狀，摻加至混合料內(nèi)部，經(jīng)攪拌能夠與瀝青、集料等構(gòu)成致密網(wǎng)狀構(gòu)造，顯著降低瀝青流動(dòng)性，提升混合料整體穩(wěn)定性。同時(shí)，玄武巖纖維具有斷裂強(qiáng)度高、彈性模量大等優(yōu)點(diǎn)，所以，玄武巖纖維能夠全面提升該混合料的路用性能[10]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，該文通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)系統(tǒng)分析了玄武巖纖維對(duì)AC-16C型SBS改性瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)和路用性能的影響。具體結(jié)論如下：

（1）相較于纖維摻量0.0%，纖維摻量0.3%下的AC-16C型SBS改性瀝青混合料瀝青用量更大，充分表明玄武巖纖維可有效吸附瀝青，從而使得瀝青摻量增大；并且在瀝青摻量相同條件下，玄武巖纖維摻量0.3%時(shí)瀝青混合料的穩(wěn)定度更高，表明玄武巖纖維能有效增強(qiáng)AC-16C型SBS改性瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度。

（2）相較于纖維摻量0.0%，纖維摻量0.3%下的AC-16C型SBS改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度、殘留穩(wěn)定度、殘留強(qiáng)度比、破壞應(yīng)變依次增加34.9%、5.28%、6.6%、22.5%，表明摻加玄武巖纖維后，AC-16C型SBS改性瀝青混合料的高溫抗車轍性能、水穩(wěn)定性能、低溫抗變形性能均得到顯著提升。

參考文獻(xiàn)

[1]林俊， 李玉鵬， 余春. 瀝青混合料馬歇爾設(shè)計(jì)方法和豐度系數(shù)方法確定最佳瀝青用量對(duì)比分析[J]. 市政技術(shù)， 2023（11）： 190-193+218.

[2]李茂， 趙忠會(huì)， 王運(yùn)強(qiáng)， 等. LSPM中瀝青最佳用量的確定方法[J]. 石材， 2023（6）： 111-113.

[3]王松鋒， 田榮燕， 杜詠崢， 等. 玄武巖纖維瀝青混合料凍融劈裂實(shí)驗(yàn)研究[J]. 西藏科技， 2023（10）： 59-63.

[4]聶金峰， 李懿明， 吳鴻飛， 等. 基于低溫性能的纖維增強(qiáng)瀝青混合料最佳瀝青用量確定[J]. 交通世界， 2021（25）： 139-141.

[5]冀衛(wèi)東， 門(mén)光譽(yù)， 惠迎新， 等. 低冰點(diǎn)彩色瀝青混凝土路用性能試驗(yàn)研究[C]. 中國(guó)公路學(xué)會(huì)養(yǎng)護(hù)與管理分會(huì)第十屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集， 2020： 125-131.

[6]呂珩. 玻璃纖維改性橡膠瀝青混凝土的力學(xué)及路用性能研究[J]. 合成材料老化與應(yīng)用， 2023（5）： 85-87.

[7]范佳明， 徐杰， 李韶華， 等. 公路工程用玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料模板的性能[J]. 合成纖維， 2023（10）： 79-82.

[8]劉衛(wèi)東. 摻玄武巖纖維的瀝青混凝土路用性能[J]. 交通世界， 2023（29）： 31-33.

[9]關(guān)宏信， 于凱輝， 徐英杰， 等. 不同纖維及瀝青復(fù)合改性BK-10混合料路用性能[J]. 長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2023（5）： 76-83.

[10]張志萍， 董建明. 玻璃纖維增強(qiáng)再生瀝青混合料性能研究[J]. 公路， 2023（9）： 80-87.