玄武巖纖維瀝青混合料性能研究

馬洪忠

(中建路橋集團有限公司 石家莊市 050000)

玄武巖纖維作為一種較為新型的纖維，在各個行業均得到廣泛的應用。以普通瀝青為對比組，研究瀝青混合料在摻入玄武巖纖維之后的性能變化。

1 混合料配合比設計

設置十組瀝青混合料進行試驗，鑒于篇幅所限，文中列舉出一種瀝青混合料的配合比設計過程，其余試驗組均與該組相似。

在本次配合比設計時，對于Superpave級配瀝青混合料的配合比采用了石灰巖作為集料，對于SMA級配瀝青混合料采用了玄武巖作為集料，試驗填料均為石灰石礦粉，采用南京金玲70#道路石油瀝青作為基質瀝青，I-C型改性瀝青作為SBS改性瀝青，采用的木質素纖維為ZZ8/1絮狀型，玄武巖纖維為短切玄武巖纖維。

按Superpave配合比設計方法進行Superpave-13級配瀝青混合料的設計。采用旋轉壓實的方法設計Superpave-13瀝青混合料目標配合比，得到其設計級配如表1所示。

表1 Superpave-13瀝青混合料設計極配

以100次作為壓實次數，得出在空隙率為4%時superpave-13級配瀝青混合料的最佳油石比為5.2%。馬歇爾試驗所得結果如表2所示。

表2 Superpave-13瀝青混合料馬歇爾試驗結果

為了對十種瀝青混合料的空隙率進行嚴格控制，在對試塊成型前進行了最大理論密度測試，所得結果如表3所示。

由試驗結果可知，摻入了玄武巖纖維后的Superpave級配瀝青混合料具有較小的最大相對密度的變化，主要是因為瀝青混合料在摻入了玄武巖纖維之后有0.2%的石油比增加量，并且在此時，有相對下降的礦料比重，礦料比起瀝青而言具有更大的密度，并且與瀝青和礦料相比，玄武巖纖維的密度更小。在SMA-13級配中摻入玄武巖纖維或木質素纖維時具有相當的理論最大相對密度，主要是因為兩種瀝青混合料具有完全一致的礦料以及瀝青比重，而比起木質素纖維的密度而言，玄武巖纖維的更大。

2 玄武巖纖維瀝青混合料性能研究

2.1 高溫穩定性能

瀝青混合料抵抗溫度變化的能力即其高溫穩定性。瀝青混合料在高溫條件下的強度、剛度以及穩定性能較好保持，但當行車荷載比容許的承載能力大時，將會導致車轍病害的出現，隨著時間的推移，瀝青路面的車轍病害將越來越明顯。本文對于十種瀝青混合料的高溫穩定性采取60℃、0.7MPa荷載作用下的車轍試驗進行研究，所得結果如圖1所示。

從圖1可知，十種瀝青混合料(參照表3)在60℃以及0.7MPa荷載環境下的高溫穩定性均符合要求。瀝青混合料的高溫穩定性可以其動穩定度DS表征，即越高的DS代表著越好的高溫穩定性。對于SMA-13瀝青混合料而言，摻入木質素纖維之后的動穩定度小于摻入玄武巖纖維的，前者動穩定度大約僅為后者的70%。對于摻入了玄武巖纖維的Superpave級配改性瀝青而言，Superpave-13級配的改性瀝青混合料的動穩定度提高了36%，Superpave-20級配的改性瀝青混合料的動穩定度提高了26%；對于摻入了玄武巖纖維的Superpave級配的普通瀝青而言，Superpave-13級配的普通瀝青混合料動穩定度提高了15%，Superpave-20級配的普通瀝青混合料動穩定度提高了17%，綜上分析可知，瀝青混合料在摻入玄武巖纖維之后的高溫抗車轍能力有所提高，并且對于改性瀝青混合料而言具有較大幅度的提高。分析原因可知玄武巖纖維在瀝青混合料內部能夠形成網狀結構，以使其抵抗塑性變形的能力有所增加，繼而表現出穩定性有所提高的現象。普通瀝青在高溫環境中容易出現流動現象，主要原因在于此時玄武巖纖維的加筋作用并沒有完全發揮，因此表現出普通瀝青混合料高溫穩定性僅具有小幅度提高的現象。

2.2 水穩定性能

采用現行規范所推薦的浸水馬歇爾試驗以及凍融劈裂試驗對瀝青混合料(參照表3)的水穩定性進行分析研究，所得結果如圖2、圖3所示。

瀝青混合料抗水損害能力與凍融劈裂強度以及殘留穩定度呈正比關系。從圖2、圖3可看出，十種瀝青混合料的殘留穩定度以及凍融劈裂殘留強度比均符合要求。對于SMA-13級配的改性瀝青混合料而言，摻入玄武巖纖維以及木質素纖維之后的殘留穩定度以及強度都表現出有少量增加的趨勢，前者提高了2.1%，后者提高了5.84%；對于Superpave級配瀝青混合料而言，其摻入玄武巖纖維后水穩定性的變化不大。

2.3 抗疲勞性能

對于十種瀝青混合料抗疲勞試驗采取的是四點彎曲疲勞壽命試驗法。在15℃下，以10Hz加載頻率控制應變下偏正弦波的條件下，在十種瀝青混合料試塊的彎曲勁度達到初始模量的50%時停止試驗。將十種瀝青混合料按380+5mm的長度以及63+5mm的寬度，50+5mm的高度制作成梁式試塊，所得結果如表4所示。

表4 十種瀝青混合料抗疲勞試驗結果

從表4可看出，瀝青混合料在應變水平增加的情況下疲勞壽命不斷降低。對于瀝青混合料的疲勞壽命而言，玄武巖纖維的加入可以使其有較大幅度的提高。在摻入了玄武巖纖維之后，改性瀝青混合料的疲勞壽命有3～5倍的提高，尤其是在450με下的Superpave-20瀝青混合料有6倍以上疲勞壽命的提高，對于摻入了玄武巖纖維的普通瀝青而言，其疲勞壽命能有2～3倍的提高，表明對于瀝青混合料的疲勞壽命而言，可通過摻入玄武巖纖維的方式進行提高，其中效果最明顯的是改性瀝青混合料。

分析其原因可知，瀝青路面在長時間循環的行車荷載作用下，容易使其抗疲勞層因過大的拉應力而出現裂縫，并在荷載持續作用下隨著時間的推移而越來越大；瀝青混合料在摻入玄武巖纖維之后的疲勞壽命之所以能夠得到較大程度的提高，原因主要在于摻入了玄武巖纖維之后，在瀝青混合料內部有短切玄武巖纖維形成的空間結構，使瀝青混合料所需開裂的能量有所提高，降低了裂縫發展程度，使其疲勞壽命有所延長。

3 結語

(1)瀝青混合料在摻入玄武巖纖維之后的高溫抗車轍能力有所提高，尤其對于改性瀝青混合料而言具有更優的效果；

(2)瀝青混合料摻入玄武巖纖維之后的水穩定性能夠符合要求，但水穩定性變化不大；

(3)瀝青混合料的疲勞壽命在摻入玄武巖纖維之后有較大幅度的提高，特別是對于改性瀝青混合料而言，表明瀝青混合料的抗疲勞開裂性能可通過摻入玄武巖纖維進行提高。