玄武巖纖維在貴州省高速公路瀝青路面應用可行性分析

山宏宇 葉 青 王燕芳

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司 貴陽 550081）

0 引 言

瀝青瑪蹄脂碎石路面（SMA），具有良好的高溫穩定性、低溫抗裂性，以及水穩定性，近年來廣泛應用在高等級路面的修筑.在我國，修筑SMA路面一般都需要添加一定量的纖維起到加筋、吸附瀝青、穩定和增粘等作用［1－2］.SMA 常用的纖維有聚酯纖維和木質素纖維，但聚酯纖維因為其對環境的污染性已逐漸被淘汰.隨著科學技術的發展，科學工作者發現木質素纖維由于其自身分子結構有著不可克服的弱點，如吸水率高、拉伸強度低、不耐高溫等.因此公路建設者開始把眼光投向性能更穩定，耐久性更好的礦物纖維身上——玄武巖纖維.

目前，木質素纖維是貴州省內高速公路路面SMA混合料常用的纖維材料，而玄武巖纖維省內暫無使用案例.

1 玄武巖纖維與木質素纖維主要技術性能對比

木質素纖維與玄武巖纖維的物理性質和化學性質參數見表1.

表1 玄武巖纖維與木質素纖維的主要技術性指標

由表1可見：（1）木質素纖維混合料比玄武巖纖維混合料瀝青用量大，這些瀝青吸收在木質素的中空管中，而被吸入木質素纖維內部的瀝青既不增加瀝青油膜的厚度，也不提高路面的強度，相反使瀝青用量增加；（2）玄武巖纖維耐高溫、耐老化，有利于瀝青混合料的再生利用，而木質素纖維則有可能在使用過程中老化，且在再生過程中燃燒成灰塵；（3）穩定性好，木質素纖維的彈性模量為3.5GPa，而玄武巖纖維彈性模量高達95 GPa，可見玄武巖纖維的抗變形能力很強，耐潮濕，穩定性好，有利于運輸和儲存［3－5］.

2 玄武巖纖維與木質素纖維混合料路用性能對比

本文通過瀝青混合料車轍試驗、凍融劈裂試驗和浸水馬歇爾試驗、對玄武巖纖維SMA－13混合料和木質素纖維SMA－13混合料的高溫穩定性、水穩定性進行了系統研究并分析對比其性能.

2.1 高溫車轍試驗結果及分析

車轍是指瀝青路面在汽車荷載反復作用下豎直方向產生永久變形的積累，這種變形主要發生在高溫季節，2種纖維瀝青混合料試驗結果對比見表2.

表2 車轍試驗動穩定度結果

由表2可見，玄武巖纖維對SMA－13混合料動穩定度的改善要強于木質素纖維，這是由于玄武巖纖維本身在瀝青混合料中的分布沒有一定規律，屬于無定向的雜亂分布，通過吸收瀝青，發生物理作用，體積增大，導致了纖維之間的相互搭接，由于玄武巖纖維在瀝青混合料中起到更好的“橋架”和“加筋”作用，有利于提高瀝青粘滯性和增大瀝青彈性模量，從而更有效了延緩了混合料的流動變形［6－7］，故瀝青路面的抗車轍能力方面玄武巖纖維瀝青混合料要強于木質素纖維瀝青混合料.

2.2 抗水損害試驗結果及分析

瀝青路面的水損害問題成為瀝青路面的主要病害之一.按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20－2011）的標準規定，對2種纖維瀝青混合料采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂強度試驗來評價其水穩定性.試驗結果見表3～4.

由表3～4可知，在SMA－13結構中，除了玄武巖纖維摻量為0.1%的SMA－13混合料水損害性能較低外，其余各摻量的玄武巖纖維瀝青混合料比木質素纖維瀝青混合料在凍融劈裂強度比方面分別提高了5.9%和7.1%，這表明玄武巖纖維瀝青混合料比木質素纖維瀝青混合料更能提高混合料的抗水損害性能.主要原因為摻入玄武巖纖維后，由于玄武巖纖維材質為玄武巖，其表面的堿性特質相當于在瀝青中加入了抗剝落材料增強了與瀝青的粘附能力，又由于玄武巖纖維增加了瀝青和集料之間的粘聚力，防止了水分進入混合料和瀝青－集料的界面，避免了瀝青和集料的脫落，從而能較好的提高瀝青混合料的抗水損害性能［8］.

表3 浸水馬歇爾試驗結果

表4 凍融劈裂試驗結果

3 玄武巖纖維的應用情況及經濟性分析

3.1 玄武巖纖維的應用情況

目前，玄武巖纖維只在國內其他省份應用過（見表5），在貴州省還沒有進行過實體工程的應用，只有部分研究人員在實驗室進行了玄武巖纖維瀝青混合料相關性能的試驗研究.

表5 玄武巖纖維工程應用情況

通過對實體工程進行調查發現，玄武巖纖維瀝青混合料路面至今為止表現出了較好的路面性能，對實體測定的各項指標都符合要求，自通車以來，路面損害不管在高低溫損害或者水損害方面都相對較少.

3.2 玄武巖纖維經濟性分析

通過調研得到原材料的市場平均價格：SBS改性瀝青價格為6 800元／t，玄武巖為320元／m3，通過計算得出的合成級配礦料價格約480元／t，玄武巖纖維價格為21 000元／t，木質素纖維的價格為5 900元／t（以上價格均為原材料供應商在貴州地區銷售參考價）.

一般摻入木質素纖維SMA－13混合料的最佳油石比為5.9%，最佳纖維摻量為0.3%；摻入玄武巖纖維SMA－13混合料的最佳玄武巖纖維摻量為0.40%，油石比6.06%，由此可計算出木質素纖維SMA－13混合料價格為2 173元／m3，玄武巖纖維SMA－13價格為2 363元／m3，兩者相差190元／m3.

4 結 論

1）從現階段國內外研究成果和工程應用情況可知，在瀝青混合料中摻入纖維可有效改善瀝青混合料路面的各項性能，特別是當前SMA混合料占路面表面層主導地位的情況下，纖維穩定劑的摻入是非常有必要的.

2）通過對比玄武巖纖維與木質素纖維技術參數和瀝青混合料性能可知，在SMA－13混合料中摻入玄武巖纖維比摻入木質素纖維更能改善瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性.

3）通過對玄武巖纖維混合料的經濟性分析可知，建設期玄武巖纖維瀝青混合料路面的成本高于木質素纖維瀝青混合料路面.

4）由于玄武巖纖維從未在貴州省瀝青路面工程中應用過，所以，還需進一步通過室內試驗和試驗路鋪筑來驗證其在貴州省應用的可行性.

［1］于 斌.纖維瀝青膠漿流變特性及纖維瀝青混合料路用性能研究［D］.西安：長安大學，2009.

［2］廖芳齡，許婷婷，錢 瑋.玄武巖纖維瀝青混凝土技術性能研究［J］.中外公路，2012（6）：320－325.

［3］湯寄予.纖維瀝青混合料組成與性能試驗研究［D］.鄭州：鄭州大學，2013.

［4］劉克非.不同纖維對SMA路用性能的影響［J］.長安大學學報：自然科學版，2011，31（4）：16－20.

［5］胡志釗，陳 州.纖維瀝青膠漿及瀝青混合料路用性能試驗研究［J］.公路工程，2014，39（4）：124－127.

［6］韋佑坡.玄武巖纖維在瀝青混合料中的作用機理［J］.長安大學學報：自然科學版，2012，32（2）：39－44.

［7］鐘明鍵，彭響蘭.玄武巖纖維增強瀝青混合料性能試驗研究［J］.公路工程，2013，38（5）：157－160.

［8］王 安.玄武巖纖維SMA－13的路用性能研究與應用［D］.長沙：長沙理工大學，2013.