玄武巖纖維在AC-13瀝青路面中的應用

楊 俊 琴

(山西省太谷公路管理段，山西 太谷 030800)

1 概述

在我國，高速公路中95%以上的路段采用瀝青路面結構。隨著經濟的快速發展，交通流量驟增及渠化交通，瀝青路面病害加重，出現了車轍、開裂及水穩定破壞等損害，這些都對瀝青路面提出了更高要求。在瀝青混合料中摻加適量纖維，具有改善路面使用性能，延長其使用壽命的顯著優勢，是一種先進的路面施工技術。其中，玄武巖纖維具有增強瀝青混凝土路面的優異性能受到了我國公路建設者的高度關注。

玄武巖纖維具有優良的物理化學性能，原材料分布廣且價格低廉，具有廣闊的應用前景。在瀝青混合料中，摻加適量玄武巖纖維，可有效提高瀝青混合料的路用性能，彌補瀝青老化給混合料帶來的損傷，具有顯著的延緩瀝青混合料老化的效果。且施工工藝簡單，適用性廣，經濟節約，對環境無不良影響。

玄武巖纖維(Basalt Fibre，簡稱BF)屬于礦物纖維的一種，以特選玄武巖為原料，經過預處理后，在1 600 ℃高溫下熔融通過拉絲漏板高速拉制制成，外表光滑呈圓柱狀，顏色一般為褐色,有些似金色。在瀝青混合料中摻加適量玄武巖纖維，有助于發揮其較高強度和彈性模量性能，具有顯著的加筋、分散、吸附、穩定及增粘效果，使得混合料存在的抗拉性能差、低溫脆性大的不足得到顯著改善，減少路面泛油的發生，提高瀝青混合料的高溫穩定性。

玄武巖纖維能有效提高瀝青混合料的路用性能。與其他瀝青路用纖維相比，具有顯著的增粘、增彈、增強作用，使瀝青的高溫流變性得到明顯改善,將瀝青混合料的抗變形和抗疲勞性能顯著提升，適用于惡劣環境下的使用，如表1所示。玄武巖纖維瀝青混合料的水穩定性能要優于SBS改性瀝青混合料。

在我國，與木質素纖維和聚合物化學纖維相比，礦物纖維的應用還很少。玄武巖纖維具有耐高溫、原料來源廣泛和可以再生利用等優點，在我國具有極大的應用前景。

2 原材料要求

某公路段原瀝青路面破壞嚴重，計劃采用兩側拓寬方式進行改擴建施工。在該工程中，在保證工程質量前提下，考慮利用老路路基，挖除原路面結構層，原路面和新拓寬段上面層均采用AC-13玄武巖纖維瀝青混合料進行鋪筑，通過發揮玄武巖纖維的增粘、增強作用，確保路面具有良好的高溫穩定性能。

1)瀝青。采用70號A級道路石油瀝青。

2)集料和填料。粗、細集料應堅硬、干凈且無風化雜質。將石灰巖磨細的礦粉作為填料使用，要求親水系數小于0.8。

3)玄武巖纖維。采用某公司生產的短切玄武巖纖維。松散纖維在進行運輸及存放時，應注意采取防潮措施，避免出現結團影響使用。以混合料總量的質量百分率進行纖維摻量控制，本項目施工中的摻量控制在0.32%，要求允許誤差按±5%進行控制。

3 施工工藝

在AC混合料中加入玄武巖纖維，施工工藝較為復雜，變量條件較多，須嚴格進行施工質量控制，確保路面成型質量。

3.1 配合比設計

本項目混合料級配采用密級配AC-13瀝青混合料。

在玄武巖纖維瀝青混合料配合比設計中，應分階段按理論配合比、目標配合比、生產配合比及試驗段鋪筑的次序進行，以確保混合料質量，見圖1。

在瀝青混合料配比設計中，采用傳統的馬歇爾設計方法進行，70號道路石油瀝青拌合溫度為155 ℃～165 ℃。在試件制備中，要求每個試件雙面各擊實75次，采用表干法進行試件的毛體積密度測定，采用真空法進行其最大理論密度的測定，確定油石比為4.8%。本項目采用的礦料級配見表2。

表2 某項目采用的混合料級配表

3.2 混合料拌和

在玄武巖纖維瀝青混合料生產過程中，確保混合料質量的關鍵之一在于做好拌和時間和溫度控制，其中干拌時間尤為重要。同時，由于纖維具有吸附瀝青的效果，還須確保玄武巖纖維摻量的精確度，纖維摻量變化會直接影響混合料油石比，還影響混合料施工的和易性。

每臺拌和樓應分別在早上和中午進行兩次取樣，通過實驗室試驗取得相關參數，以便于進行混合料油石比和礦料級配等微調，保證混合料空隙率、穩定度符合設計要求。

采用間歇式拌和機，冷料倉間隔板高度不低于70 cm，避免串料。礦粉倉配備振動裝置，以防止礦粉起拱。配備專用的纖維添加設備，確保投料數量和精度。

嚴禁隨意調整冷料倉比例，對于3 mm～5 mm集料和0 mm～3 mm機制砂的冷料比例須嚴格保持穩定。當冷料級配變化大時，應重新進行配合比試驗。

拌和時間以瀝青均勻裹覆集料為度。要求每盤混合料的生產周期不少于50 s～60 s。采用自動投料機將纖維和熱集料一起投入拌鍋中進行均勻攪拌，為確保摻量精度，投料機須具備自動計量功能。一般將玄武巖纖維添加后，為確保其均勻分散，將干拌時間控制在30 s為宜。

在拌和時，還須做好溫度控制。石料加熱溫度控制在170 ℃～190 ℃，瀝青加熱溫度控制在155 ℃～165 ℃，混合料出料溫度控制在150 ℃～170 ℃。混合料溫度超過195 ℃時，則予以廢棄。

拌和樓的成品儲料倉須具有良好的保溫性能，要求成品混合料在儲料倉中的溫降不大于5 ℃。

3.3 混合料運輸

為避免混合料離析，應將拌和樓出料口到車廂板的卸料距離盡量縮短。采用移動裝料法，分別在車廂不同位置分次進行，先后部，再前部，最后中部。

為避免出現停機待料現象，應確保運料能力比鋪攤能力略有富余，保證混合料能及時運至施工現場。

3.4 混合料攤鋪

應注意不要使混合料溢出受料斗和散落在下承層上，卸料完畢的運料車應盡快離開攤鋪機，下一輛運料車準備盡快卸料。

攤鋪機應緩慢、均勻、連續不間斷攤鋪。攤鋪速度宜控制在1 m/min～3 m/min，不得隨意變換速度或中途停頓，以提高平整度，減少混合料離析。

3.5 混合料壓實

在玄武巖纖維瀝青混合料碾壓作業中，應采取有效措施保證混合料碾壓溫度和壓實機械配套。

在整個碾壓過程中，指定專人負責碾壓指揮，確保初壓、復壓和終壓有序銜接。在玄武巖纖維瀝青混合料碾壓作業中，須重視碾壓溫度控制，要求初壓時的混合料溫度不低于150 ℃，復壓時的混合料溫度不得低于135 ℃，碾壓結束時的混合料溫度不得低于90 ℃。

在路面碾壓時，為在盡可能高的混合料溫度下碾壓密實，要求壓路機應緊跟攤鋪機。采用大循環全斷面碾壓方式，以有效減少熱量散失，每次折返應呈階梯狀，要求相鄰碾壓帶重疊10 cm～20 cm。為盡快使表面壓實，還應進行合理的碾壓長度控制，本項目中的碾壓長度控制在50 m。

在進行混合料初壓時，采用兩臺雙鋼輪壓路機碾壓1遍～2遍，可對壓路機鋼輪進行適量噴水。為有效提高混合料密實度，來回碾壓算一遍，第一次用靜壓方式，要求靜壓力不低于12 t。回來時使用高頻率低振幅的振壓方式，為防止集料破碎，本項目采用35 Hz～50 Hz的振頻，0.3 mm～0.8 mm的振幅。

初壓結束后，立即使用兩臺輪胎壓路機開展復壓作業，碾壓3遍～4遍。在碾壓過程中，輪胎壓路機盡量不灑水，以保持高溫碾壓。為避免出現壓實度不均現象，輪胎壓路機應進行全幅碾壓。

復壓結束后，進行終壓收光。為盡快消除明顯輪跡印，本項目采用雙輪鋼筒式壓路碾壓2遍，收光效果良好。

在復壓結束后，為確保路面平整度，可使用3 m直尺進行路面縱向平整度檢測，以便于結合終壓進行及時修整。為確保路面整體強度，采用小型振動壓路機或振動夯板對大型壓路機難于碾壓部位進行壓實。

采用壓實度和現場空隙率雙指標控制。經檢測，壓實度98%，現場空隙率6%。

碾壓結束24 h或路面溫度低于50 ℃后，開放交通。

4 質量控制要點

在玄武巖纖維瀝青混合料中，須注意以下質量控制要點，以確保施工質量。

1)由于混合料的空隙率等體積指標直接受到拌和和擊實溫度的影響，因此在進行混合料設計時，須對不同的施工溫度組合進行考慮，采用混合料空隙率指標方式來進行最優的施工溫度確定。

2)在混合料拌和中，應重視干拌時間控制。由于纖維具有的加筋、分散、吸附、穩定及增粘效果，纖維分布的均勻性會直接影響混合料中空間網狀結構的效果。干拌時間越長，纖維分布越均勻，則有助于確保混合料質量和性能，確保成型后的路面質量和耐久性。

3)在玄武巖纖維瀝青混合料施工中，須采取措施確保混合料具有較高的施工溫度，確保滿足性能指標和施工和易性要求，無需進行級配調整。

4)在碾壓作業中，要注意膠輪壓路機的粘輪問題，可通過刷植物油和給膠輪壓路機穿皮裙保溫解決。