玄武巖纖維增強瀝青混凝土性能檢測研究

曾昊星 吳林學

（河南省交通規劃設計研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000）

1 玄武巖纖維的性能特點

玄武巖纖維（GBF）是以天然玄武巖礦石為原料在1450～1500℃熔融后，通過噴絲板拉伸而成的礦物纖維，技術指標應符合施工規定要求。

纖維的吸濕性能對纖維增強瀝青混凝土具有重要意義。吸濕性大的纖維不僅存放時易吸水結團降低拌合分散性，還會使纖維瀝青界面產生濕脹，造成瀝青混凝土的水損害。精確稱量兩份100g GBF纖維，在105℃的烘箱里放置4h，烘干至恒重，冷卻后稱量烘干后纖維的質量，測定其平均吸水率為0.125%，符合規范小于5%的要求。

纖維的吸油性能反映了纖維吸持瀝青的能力。吸油率高表明纖維與瀝青的相容性好，有利于防止瀝青在高溫條件下發生析漏現象，提高混合料的高溫穩定性。采用網籃試驗測定GBF吸油率：精確稱量兩份5g GBF纖維，放置在漏勺上（漏勺的孔徑要保持不能漏掉纖維），一起放入煤油中完全浸潤5min后取出，手動上下抖動50次后（抖動過程中保持速度和幅度的穩定）稱量其質量，測得GBF吸油率平均為纖維質量的4倍。

路用纖維必須具有足夠的高溫耐熱性，以保證在拌和、運輸及攤鋪工程中性能不會大幅下降。玄武巖纖維的高溫穩定性非常好，在600℃烘箱中放置2h后測得的強度為常溫下強度的95%，保持了很好的力學完整性。

2 玄武巖纖維增強瀝青混凝土性能試驗檢測要點

瀝青混凝土的路用性能試驗主要包括高溫試驗、低溫試驗及水穩定性試驗。采用AC-16級配，玄武巖纖維摻量0.3%，進行玄武巖纖維瀝青混凝土的路用性能試驗，并與不摻加玄武巖纖維的普通瀝青混凝土進行對比分析。

2.1 高溫車轍試驗

車轍的出現不僅降低了路面的平整度，而且危及到行車的穩定性，當車轍達到一定深度時，由于車轍槽內積水，極易造成汽車漂移而導致交通事故發生.車轍病害的引發，加劇了路面的早期破壞，車轍導致行車舒適性、安全性下降，對行車安全構成威脅，會造成重大經濟損失和廣泛的不良社會影響。

試件規格尺寸為300mm×300mm×50mm，成型試件的密度符合馬歇爾標準擊實試件密度100±1%的要求。

車轍試驗溫度為60℃，試驗中采用鋼制輪胎，外徑a=200mm，輪寬b=50mm，輪壓為0.7MPa，試驗過程中鋼輪行進的距離為230mm±10mm，往返碾壓速度為42次/min±1次/min。試驗過程中試件必須保溫足夠長時間，以確保試件內部溫度一致。經過試驗分析可得結果如表1所示。

表1 瀝青混凝土車轍試驗結果

由此可見，在AC-16結構中，玄武巖纖維瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，動穩定度提高了730次/mm，提高率達到了88%，這說明玄武巖纖維對于提高瀝青路面抗車轍能力作用顯著。

2.2 低溫抗裂試驗

裂縫是瀝青路面的一種重要病害形式，許多新建瀝青路面在建成早期便出現路面開裂情況。瀝青路面產生裂縫后，導致滲水，危害面層和基層。由于水份不斷從裂縫進入基層，可導致路基軟化致使路面承載力下降，使路面損壞程度逐漸加大，極大的影響了瀝青路面的使用年限。

試件規格尺寸為300mm×300mm×50mm，試件成型后在室溫條件下放置16h后脫模，再將車轍試件切割成7個250mm×30mm×35mm的棱柱體小梁試件，然后在MTS-810試驗機上進行試驗.試驗溫度為-10℃，加載速率為50mm/min。通過試驗可得結果如表2所示。

表2 瀝青混凝土低溫小梁彎曲試驗結果

在AC-16結構中，玄武巖纖維瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，彎拉應變提高了7.6%，勁度模量提高了1118MPa，提高了41.7%，這表明玄武巖纖維瀝青混凝土具有較好的抵抗低溫開裂性能。

2.3 水穩定性試驗

瀝青路面的水損壞是瀝青路面的早期損壞主要形式之一，瀝青混合料在水的作用下油石剝離，瀝青路面結構層強度降低。

2.3.1 浸水馬歇爾試驗

根據公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程，浸水馬歇爾試驗的試驗方法為：將成型好的標準馬歇爾試件分成2組，一組在60℃恒溫水槽中保溫30～40min后測其馬歇爾穩定度MS；另一組在60℃恒溫水槽中保溫48h后測其馬歇爾穩定度MS1，由下式計算浸水殘留穩定度MS0。

式中：MS0為試件的浸水殘留穩定度，%；MS為試件的穩定度，KN；MS1為試件浸水48h后的穩定度，KN。

通過試驗所得結果如表3所示。

表3 瀝青混凝土浸水馬歇爾試驗結果

在AC-16結構中，玄武巖纖維瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，穩定度和浸水穩定度均有所提高，分別提高了5.8%和18.4%，玄武巖纖維瀝青混凝土的殘留穩定度提高了12%，說明玄武巖纖維瀝青混凝土比普通瀝青混凝土具有更好的抗水損壞能力。

2.3.2 凍融劈裂試驗

凍融劈裂試驗的方法為將成型好的標準馬歇爾試件分成2組，一組在25℃恒溫水槽中浸水不少于2h后測其最大破壞荷載RT1；另一組在98.3～98.7kPa真空條件下飽水15min，然后恢復常壓，試件在水中放置0.5h，再在-18℃冰箱中冷凍16h，然后放到60℃恒溫水槽中浸水24h，再放入25℃恒溫水槽中不少于2h后測其最大破壞荷載RT2。凍融劈裂抗拉強度比按下式計算：

式中：TSR為凍融劈裂試驗抗拉強度比，%；RT1為未凍融劈裂強度Mpa；RT2為凍融劈裂強度，Mpa。

通過試驗檢測可得如下結果：玄武巖纖維瀝青RT1為1.12Mpa，RT2為1.1Mpa，TSR為98.2%。

普通瀝青混凝土RT1為0.91Mpa，RT2為0.80Mpa，TSR為87.9%。

在AC-16結構中，玄武巖纖維瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，未凍融劈裂強度及凍融劈裂強度均有所提高，分別提高了23.1%和37.5%，這反映了纖維對于瀝青混凝土抗拉強度的“加筋”增強效果.玄武巖纖維瀝青混凝土的凍融劈裂試驗抗拉強度比達到了98%，說明在水分作用下強度損失很少，具有很高的抗水損壞作用。

選擇AC-16，以普通瀝青為依托，玄武巖纖維摻量0.3%，通過試驗得到以下結論：

第一，在高溫穩定性方面，玄武巖纖維瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，動穩定度提高.

第二，在低溫抗裂性方面，玄武巖纖維瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，彎拉應變提高.

第三，在抗水損壞性方面，玄武巖纖維瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，穩定度和浸水穩定度均有所提高，殘留穩定度提高.未凍融劈裂強度及凍融劈裂強度均有所提高，凍融劈裂試驗抗拉強度比達到了98%。

由此可見，玄武巖纖維瀝青混凝土具有良好的路用性能。

3 結束語

目前，有很多種類的材料已經作為增強材料得到了應用，纖維和聚合物就是其中重要的兩種。然而，針對瀝青改性的諸多材料之中，纖維因其優良的改善效果受到了廣泛關注。本文詳細對玄武巖 纖維增強瀝青混凝土性能檢測進行了分析，由此得出纖維增強對瀝青混凝土路用性能具有良好的改善效果。