玄武巖纖維對瀝青混合料水穩性影響探究

白偉華

（中交二公局第三工程有限公司，陜西 西安 710000）

隨著經濟社會的飛速發展，負荷越來越大的重載車逐漸增多，交通量不斷增多導致路面的損壞期不斷提前，未到預定使用年限就出現各種異常損壞統稱為早期損壞，這種損壞多歸結為水損壞。重載和高交通量對路面的力學強度和使用耐久性要求越來越高。在瀝青混合料中摻入纖維，借助纖維的加筋或吸附增黏作用，可在一定程度改善瀝青混合料的路用性能。目前已有研究表明：由于有機類纖維低溫脆化、耐高溫性能差、強度和彈性模量低、吸水等性能缺陷，因此，在瀝青混合料中摻入有機纖維是不適宜的。目前，廣泛應用于瀝青路面的混合料是常規木質素纖維的SMA瀝青瑪蹄脂碎石，屬于骨架密實結構的混合料。玄武巖纖維具有較高的強度和彈性模量，與瀝青和集料有較好的親和力，在混合料中分散性好，并且是可再生利用資源。揚州市城市南部快速路屬于城市市政一級道路，有著城市道路運營周期長等特點，在滿足常規一級道路工程技術標準的前提下，更加考驗的是道路的周期使用性能，采用玄武巖短切纖維瀝青混合料進行上面層施工能起到延長正常大中修周期1～2倍的作用。因此，通過試驗測定玄武巖纖維對 SMA型瀝青混合料水穩性的影響具有現實意義。

1 玄武巖纖維和瀝青混合料的材料特性

玄武巖纖維屬于礦物纖維，是在1 500 ℃高溫熔融、提煉抽絲、并經特殊的表面處理而成，纖維外表平滑完整，使用安全性高不會對人體造成傷害。玄武巖纖維是提高瀝青混合料疲勞耐久性及使用壽命的一種非常有效手段，摻入玄武巖纖維可降低瀝青混合料的氧化、老化并且提高疲勞耐久性，可提高達400倍。相對于其他纖維具有以下材料優勢：（1）具有極大的比表面積；（2）表面浸潤性好；（3）力學性能優異；（4）工作溫度范圍大；（5）化學穩定性好；（6）抗老化性能好；（7）水穩定性好；（8）絕熱性好；（9）電絕緣性好。

瀝青混合料是一種復合材料，由瀝青礦粉膠漿和集料組成 。瀝青混合料內部組成比較復雜，是因為瀝青混合料的各組分材料分別具有不同的物理力學性能。工程師們在瀝青混合料中摻入纖維是為了增加相和界面使得瀝青混合料成為結構更為復雜的多相復合材料。受礦料級配的制約，瀝青膠漿的各項路用性能并不隨著纖維摻量的增加而提高 ,而是有一個臨界值，即纖維摻量在瀝青混合料中存在一個最佳值 。

2 瀝青路面水損壞

瀝青路面的水損害直觀表現為路面麻面、松散、坑槽等形式，其破壞機理大體總結為乳化、置換、凍脹、撕裂、間隙壓力、沖刷流失等六類，由此可得出，提升抗水損害能力可通過摻入玄武巖纖維加強瀝青與集料間粘附性，提升瀝青混合料水穩性；并采取防水、排水措施，減少水分進入瀝青混合料內部。

3 測試玄武巖纖維瀝青混合料水穩定性

3.1 原材料性質

依據要求進行原材料性質試驗，集料壓碎值14.1%、砂當量70%、瀝青針入度63、瀝青延度40 cm、瀝青軟化點81 ℃、瀝青相對密度1.030、黏附性5級、質量變化0.170%。

3.2 配合比設計

為顯現纖維對瀝青混合料水穩定性的改善效果并且避免級配變異對試驗結果的影響，本試驗采用骨架密實結構SMA-13型瀝青混合料為目標級配，對摻加木質素纖維和摻加玄武巖短切纖維的瀝青混合料分別進行配合比設計，以確定兩種瀝青混合料的最佳油石比，經過采用“干法”工藝進行室內試驗得出玄武巖短切纖維摻量與常規木質素纖維摻量都為混合料質量0.3%，瀝青混合料級配如表1所示。

表1 瀝青混合料級配

3.3 浸水馬歇爾試驗

浸水馬歇爾試驗是我國主要的評價瀝青混合料水穩定性的方法。根據《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTJ 052—2000），最佳油石比木質素纖維瀝青混合料和最佳油石比玄武巖纖維瀝青混合料按照馬歇爾試驗規范要求進行試驗得出瀝青混合料最佳油量馬歇爾試驗結果，如表2所示。

表2 瀝青混合料最佳油量馬歇爾試驗結果

4 結語

經過試驗可知，摻入玄武巖纖維瀝青混合料的馬歇爾浸水殘留穩定度顯著提高，與摻入木質纖維素的瀝青混合料相比，其浸水馬歇爾殘留穩定度提高了3.6%。這表明玄武巖短切纖維能更好地抵抗水損害的破壞，這是因為玄武巖纖維為天然礦物纖維，其吸油率比木質素纖維要小，混合料的最佳瀝青用量有所增加，礦料表面有效瀝青膜厚度均有所增厚，從而提高瀝青混合料的水穩定性，有效地阻止了水對瀝青與礦料界面的破壞。