基于玄武巖纖維瀝青混合料路用性能研究

高 亮

（中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710000）

近年來，社會經濟和科學技術的進步極大地促進了我國道路交通的發展，公路交通的運量在不斷增長，同時有越來越多的重軸載車輛上路行使，這些都對瀝青路面的承載能力提出了極高的要求，很多瀝青路面在投入使用后不久就發生了病害問題，道路路面的使用壽命以及質量性能都無法滿足現代社會的公路運輸需要，因此必須加大對新型瀝青混合料路用性能的研究力度。目前主要采用的是在瀝青混合料中添加纖維作為加筋穩定外摻劑的方式來對路面的質量性能加以改善。特別是基于玄武巖纖維的瀝青混合料在高溫穩定性、低溫抗裂性以及水穩定性等方面與傳統的瀝青混合料相比都具有明顯的優勢，同時其施工操作也較為便捷，施工單位以及相關的研究人員應深入研究分析玄武巖纖維混合料的路用性能，并擴大新型材料的推廣應用范圍，從而全面提高我國道路交通設施的質量和性能。

1 基于玄武巖纖維瀝青混合料的級配和油石比研究

首先合理選擇瀝青混合料的級配，本文在研究試驗中采用的瀝青混合料為AC-16型，其級配應嚴格遵守相關的技術規范要求。此外，還應科學確定瀝青混合料的油石比和玄武巖纖維的摻加量。在本文的研究中將玄武巖纖維摻量確定為0.3%，同時將油石比確定為4.6%。

2 基于玄武巖纖維瀝青混合料的相關路用性能研究

2.1 瀝青混合料中摻加玄武巖纖維的高溫性能研究

瀝青路面處于高溫環境下時，其穩定性會受到一定的影響，特別是當路面承載的交通量比較大以及重軸載時，推移、隆起、泛油以及車轍等各種病害的發生概率都會相應地增加，因此需要通過相關試驗來研究瀝青混合料在高溫條件下的動穩定度等路用性能。在本文中選擇通過車轍試驗方式來研究瀝青混合料在摻入玄武巖纖維前后的高溫穩定性變化。

在試驗過程中使用的了長寬均為300 mm，高度為50 mm規格的試件，并將試驗溫度控制在60 ℃。在試驗時應首先先在常溫環境下放置試件一天，并在恒溫環境下進行5～24 h的養生，然后再開始碾壓試驗，其中試驗輪的輪壓控制在0.7 MPa，碾壓速度為42 次/min。在試驗的碾壓初期階段中，兩個試件的變形在壓實作用下基本保持了相同的變形發展。但碾壓時間的達到30 min以上后，摻加了玄武巖纖維與未摻加的試件出現了差異較大的車轍發展。在碾壓次數完全一致的情況下，摻加了玄武巖纖維的試件所產生的車轍深度以及形變量都要比未摻加試件低一些，說明基于玄武巖纖維的瀝青混合料具有更強的抗高溫性能，使瀝青混合料的路用性能得到了明顯的改善[1]。此外，在試驗中還發現當玄武巖纖維摻量為0.3%時，瀝青混合料在高溫穩定性方面的改善最為明顯，因此在向瀝青混合料中摻加玄武巖纖維時，應將纖維摻量控制在0.3%左右。

2.2 瀝青混合料中摻加玄武巖纖維的低溫抗裂能力研究

我國瀝青路面經常會出現坑槽、裂縫以及車轍等病害問題，特別是路面的開裂問題嚴重破壞了瀝青路面的完好性和使用壽命。造成路面開裂問題的主要原因之一是路面在低溫條件下變硬或者變脆，使得路面的抗變形性能下降，加之路面結構長時間承受荷載，因此出現開裂現象，降低了路面的使用性能，因此需要對基于玄武巖纖維瀝青混合料的低溫抗裂性能進行研究。

本文根據相關的試驗操作規程，首先采用輪碾成型方式來完成車轍試件的制作，并將按照30×35×250的規格將其切割成棱柱體，并將試驗溫度控制在-10 ℃左右，同時將加載速率設定為每分鐘50 mm。經過試驗發現，摻入0.3%玄武巖纖維的瀝青混合料具有更大的應變彎拉性能，說明瀝青混合料在低溫抗裂能力方面得到了有效的改善。

這主要是由于瀝青混合料在摻入了玄武巖纖維后，玄武巖纖維有效的吸附了混合料中多余的瀝青，加大了瀝青混合里的勁度以及內部的黏結力，從而提高了瀝青混合料在低溫條件下的抗裂性能[2]。此外，在摻加了玄武巖纖維后，瀝青混合料中形成了更大的加筋以及橋接效應，同時瀝青混合料在柔性方面也得到了明顯的改善，從而降低了路面出現裂縫的概率，有效地提高了路面的低溫抗裂能力。

2.3 瀝青混合料中摻加玄武巖纖維的水穩性能研究

瀝青路面在重軸載以及動水作用的影響下，其水穩定性會降低，混合料中的自由水在孔隙中形成較大的動水壓力，從而使瀝青路面上出現裂縫，并造成瀝青路面產生蜂窩麻面以及集料松散或剝落等問題，因此，需要通過凍融劈裂以及浸水馬歇爾等試驗來對基于玄武巖纖維瀝青混合料的水穩性能進行研究。

2.3.1 通過浸水馬歇爾試驗研究瀝青混合料的水穩定性

在浸水馬歇爾試驗中，應分別設置浸水組以及對照不浸水組。其中浸水試件應在恒溫為60 ℃的水中保持48 h以上再測試相關參數[3]。同時在試驗中穩定度儀可以將其加載速率設定為每分鐘50 mm。經試驗研究分析發現，基于玄武巖纖維瀝青混合料在水穩定度方面得到了明顯的提高。

這主要是由于瀝青混合料中摻入了玄武巖纖維后，瀝青被玄武巖纖維有效吸附，減少了混合料中的孔隙，提高了密實性和飽和度，因此在對瀝青路面進行壓實作業后，瀝青以及礦料與水的接觸面積減小。此外由于玄武巖纖維的摻入，增強了混合料中的加筋效益，提高了瀝青路面的載荷能力，降低了凍循環以及水循環對瀝青路面結構的影響，減少了路面發生形變的概率，改善了瀝青路面的抗水毀能力。

2.3.2 通過凍融劈裂試驗研究瀝青混合料的水穩定性

在凍融劈裂試驗中，應將試驗溫度控制在25 ℃左右，并對試件兩面分別進行50次擊實。此外加載速率應設置為每分鐘50 mm。試驗時應將凍融組試件在真空環境下進行15 min飽水，并在恒溫為-18 ℃條件下放置16 h，然后依次進行恒溫為60和25 ℃的水浴以及浸泡，最后再測定相關參數[4]。通過該試驗可以發現，基于玄武巖纖維瀝青混合料具有更高的凍融劈裂強度，玄武巖纖維在瀝青混合料中發揮了較大的阻裂作用，從而使瀝青混合料增強了低溫抗裂能力。

3 結語

經過一系列的試驗研究發現，基于玄武巖纖維瀝青混合料在高溫穩定性、低溫抗裂、抗疲勞以及水穩定性等路用性能與傳統纖維瀝青混合料相比都具有比較明顯的優勢，瀝青混合料的強度、黏韌性以及抗變形能力等得到了有效的改善。當摻入0.3%的玄武巖纖維后，瀝青路面在高溫下具有了更好的穩定性，其抗水毀能力提高，同時由于瀝青混合料中加入了玄武巖纖維，產生了明顯的加筋和阻裂效應，使瀝青混合料具備了更好的低溫抗水毀性能。公路工程的施工單位以及相關研究人員還應進一步加大對玄武巖纖維路用性能的研究，以促進我國道路施工質量的全面提高。