復摻纖維SMA-13瀝青混合料性能試驗研究

胡 敏

（新疆北朋土木工程檢測咨詢有限公司，新疆 烏魯木齊 830016）

1 試驗背景

以粗集料為主的SMA瀝青混合料具有較強的高溫抗車轍性能，并且由于具有較多的礦粉和瀝青以及較少的細集料，使其黏結力較好，改善了瀝青混合料的低溫抗裂性能以及耐疲勞性能[1-2]，空隙率較小能夠具有較好的水穩定性，而在SMA瀝青混合料中加入纖維穩定劑是使其綜合性能有所提高的方法之一。

目前,木素質纖維是SMA瀝青混合料中最多使用并且具有較好穩定性的纖維穩定劑。一般情況下，木素質纖維瀝青比起礦物纖維瀝青多了0.4%的用量，這些多出的瀝青用量被纖維內部所吸收，但木素質纖維在吸收了瀝青之后并不會使瀝青油膜的厚度以及混合料的性能有所提高，反倒是使瀝青用油量有所上升，導致其增加了成本。

作為一種新型的綠色環保材料，玄武巖纖維具有與集料相同的材質，對于再生利用較有利，但因為其吸收能力較差，往往減少了瀝青的用量，對于瀝青混合料具有不同的改善效果[3]。試驗表明，瀝青混合料中摻入玄武巖纖維或木質素纖維可使其性能得到有效提高，其中對于瀝青混合料的疲勞性能而言，摻入玄武巖纖維更有效。

2 復摻纖維SMA-13瀝青混合料路用性能研究

2.1 高溫穩定性能

0.7 MPa的荷載在60C的條件下，利用200 mm直徑模擬車輛在輪跡軌道上進行反復運行，反復加壓于車轍板，試驗結果見圖1?？梢钥闯?，以3∶0的BF跟CF比例，動穩定度有6 622次/毫米的最大值，此時具有最好的高溫穩定性，比起單摻CF時的高溫穩定性提高了12.6%。因此可知，比起單摻CF時的穩定度而言，單摻BF具有更大的動穩定度DS。表明SBS瀝青混合料的高溫性能方面，摻入BF的效果更佳。

圖1 復摻纖維比與動穩定度的關系

SMA瀝青在復摻了BF以及CF之后，隨著不斷增加CF比例，其動穩定度表現為不斷降低，表明隨比例不斷變大的CF，其在SMA混合料具有更大的作用，此時BF對瀝青混合料的高溫性能僅具有較弱的改善作用。隨著不斷增加CF比例，瀝青混合料的高溫性能不斷降低[4-5]。

試驗過程中還發現，瀝青用量隨著不斷增加CF而有所上升，試塊表面有泛油現象。對瀝青高溫流變性能進行研究發現，瀝青在60C時，摻入CF能使其高溫流變性得到改善。

2.2 低溫抗裂性能

對于5種瀝青混合料的低溫抗裂性能，采取小梁彎曲試驗進行模擬。在-10±0.5C環境下，以50 mm/mm的加載速率進行試驗，結果見表1。

表1 復摻纖維瀝青混合料低溫小梁彎曲試驗結果

從試驗結果可以看出，當集中荷載作用到小梁試塊時，瀝青混合料在低溫狀態下發生破壞的原因主要是拉伸到了集料間界面以至其出現破裂，并且隨著不斷增大的荷載作用而出現擴展。在加載時瀝青混合料有較大的集中應力出現在粗集料表面以至于有剪切破壞出現，因此對于瀝青混合料的低溫抗裂性能而言瀝青集料間的界面強度是較為重要的指標。隨著CF占比的增大，纖維瀝青具有更大的抗剪強度，并且具有翻倍的纖維吸油率，混合料中的纖維吸附了瀝青，導致加大了纖維瀝青的黏度和勁度，隨著增強了瀝青跟集料的界面強度，使SMA混合料表現出增大了的最大彎拉應變。

在瀝青混合料中，玄武巖纖維具有較為明顯的“加筋”作用，并且具有較強的抗拉伸強度，提高了開裂時所需的能量。在降低玄武巖纖維中的摻量時，導致出現降低的加筋作用，以不同程度影響了混合料的破壞彎拉應變。此外，對于摻入了玄武巖纖維以及木素質纖維的瀝青混合料，其內部具有較為復雜的分布狀態，可以使應力得到有效分散以及傳遞，使瀝青混合料的低溫抗裂性能有所增強。

2.3 水穩定性能

瀝青路面在水資源入侵了瀝青與集料界面，使集料表面逐漸開始剝離出瀝青膜，導致集料間的黏結力消散而出現路面破壞[6]。對于復摻纖維瀝青混合料，采用馬歇爾試驗以及凍融劈裂試驗對其抗水損害性能進行評價。

2.3.1 浸水馬歇爾試驗

試驗按規范要求選取馬歇爾試塊，將其中一組試塊放置在溫度為60C的恒溫水槽中保溫30 min，將另一組試件保溫48 h，即可采用馬歇爾試驗對其穩定度進行試驗。試驗中對不同類型瀝青混合料的水穩定性以殘留穩定度進行評價，結果見圖2?？芍赟MA瀝青混合料中單獨摻入CF之后的穩定度要比單獨摻入BF之后的穩定度效，摻入了BF后瀝青混合料的殘留穩定度比以0∶3的比例復摻BF以及CF的要有所提高，約為4.4%。

圖2 瀝青混合料浸水殘留穩定度試驗結果

隨著不斷增加CF用量，瀝青混合料的殘留穩定度有所增加，對于以2∶1的比例進行復摻BF和CF的瀝青混合料而言，單摻CF的瀝青混合料殘留穩定度增加了1.5%；比1.5∶1.5的比例復摻BF和CF的瀝青混合料的殘留穩定度增加了2.0%；瀝青混合料中，隨著CF摻量在1.5%以上時，其穩定度表現出逐漸降低趨勢，并且降低幅度逐漸增大。表明通過摻入纖維以提高瀝青混合料的水穩定性的方式存在最優比例。對于1.5∶1.5復摻BF和CF的SMA瀝青混合料的殘留穩定度而言，其相對于單摻CF的SMA瀝青混合料的穩定度有所提高，約為6.1%。在浸水殘留穩定度的角度看，SMA瀝青混合料在以1.5∶1.5的比例進行復摻時有最優的水穩定性能。

2.3.2 凍融劈裂試驗

瀝青混合料凍融劈裂強度比試驗結果見圖3。可以看出，凍融劈裂試驗結果與馬歇爾試驗結果相似。瀝青混合料的凍融劈裂強度在1.5∶1.5的比例下復摻BF和CF時具有最優效果。

分析可知，瀝青混合料中加入纖維能使瀝青遷移效果得到抑制，瀝青混合料與礦料之間可通過玄武巖纖維的加筋作用而提高黏結力以及摩擦力等，使其殘留穩定度及抗劈裂能力有所提高。

圖3 瀝青混合料凍融劈裂強度比試驗結果

3 結語

從SMA瀝青混合料路用性能出發，單摻BF的瀝青混合料比起單摻CF的瀝青混合料具有更優的綜合性能，在1.5∶1.5的比例下復摻玄武巖纖維和木素質纖維時，瀝青混合料的綜合路用性能最佳。因此，考慮瀝青混合料的性能效益，推薦以1.5∶1.5的比例復摻玄武巖纖維和木素質纖維。