玄武巖纖維微表處纖維摻量研究★

閔泓毅 時成林 來守義 刁文澤

(吉林建筑大學，吉林 長春 130000)

1 概述

隨著我國汽車保有量的不斷上升，行駛在公路上的車輛也越來越多，同時公路路面的損耗也逐漸加快，隨之而來的養護工作也提上了日程。為了延長公路的使用壽命以及降低公路的維修成本，就需要及時采取合理的養護和預防措施，來解決路面的早期病害[1]。微表處養護技術憑借其施工周期短，節約能源等優良性能被我國各地區廣泛使用。而玄武巖纖維作為纖維穩定劑之一，由于其易于保存，性能優良而被應用于最新的微表處養護工作中。

2 單質材料試驗

2.1 纖維

玄武巖纖維的強度和彈性模量很高，從復合材料科學加筋加強原理看，它是一種非常優異的加強纖維。可大幅提高瀝青混合料的抗拉強度和韌性，從而大幅度提高瀝青路面的低溫抗裂和疲勞耐久性，同時也有助于改善高溫抗車轍變形能力。目前玄武巖纖維主要分為：加入了親水型浸潤劑的親水型玄武巖纖維和加入了親油型浸潤劑的親油型玄武巖纖維[2]。親水型玄武巖纖維在水中呈分散狀態，主要用于水泥混凝土中，親油型玄武巖纖維浸泡在水中，攪拌后仍呈束狀，主要用于瀝青混凝土。本次試驗選用6 mm短切親油型玄武巖纖維，以0%，0.2%，0.3%，0.4%的纖維摻量作為變量進行試驗研究。

2.2 改性乳化瀝青

經前課題研究小組試驗分析，本次試驗選用盤錦遼河石化生產的改性乳化瀝青。技術指標如表1所示。

表1 改性乳化瀝青技術指標

2.3 集料

微表處技術選擇石料時，首先要保證石料的粗糙程度，堅固程度，耐磨能力和清潔程度。并且對于微表處的集料應保證其棱角性良好[3]。所以，本次試驗選用產地為遼源櫻山石場出產的9.5 mm～4.75 mm，4.75 mm～2.36 mm玄武巖碎石和四平大頂山生產的機制砂。其中，粗集料試驗指標如表2所示，細集料試驗指標如表3所示。

表2 粗集料試驗指標

表3 細集料試驗指標

由表2，表3可知：本試驗選用的粗集料、細集料，經檢測符合規范要求。

2.4 填料

礦粉、水泥、消石灰等都可以作為微表處填料。填料的加入不僅可以調節混合料可拌和時間，而且可以使成型的混合料和易性良好。本次實驗，填料選用北方水泥廠生產的P.C32.5水泥，其各項指標符合規范要求。

2.5 水

實際施工時，微表處混合料拌制過程中必須加入無有機鹽類水，即普通自來水。本次試驗所用水為長春市內自來水，符合水質要求。

3 配合比設計及優化

3.1 級配

良好的級配保證了微表處混合料性能的穩定。級配由粗到細分為：MS-3,MS-2,MS-1型級配[4]。微表處作為公路的磨耗層，如果級配較細，經過車輛的自然碾壓，微表處表面變得光滑，導致路面抗滑性能下降。所以，微表處級配宜粗不宜細。本次試驗選用MS-3型級配，級配合成曲線見圖1。

3.2 確定最佳乳化瀝青摻量

確定最佳乳化瀝青含量是確定級配后的關鍵一環。在已經確定級配的集料中通過改變瀝青的摻入量，制作出不同油石比的混合料。經過濕輪磨耗和負荷輪粘砂試驗確定出不同纖維摻量的最佳乳化瀝青含量。玄武巖纖維試驗數據見表4。

表4 玄武巖纖維試驗數據表

由試驗得不摻纖維的最佳乳化瀝青摻量為10.4%，纖維摻量為0.2%的最佳乳化瀝青摻量為9.8%，纖維摻量為0.3%的最佳乳化瀝青含量為9.2%，當纖維摻量提高到0.4%時，最佳乳化瀝青含量再次提高到9.8%。

3.3 拌和試驗

微表處技術在施工過程以固化時間短，可快速通車而聞名[5]。若可拌和時間過短，在乳液與集料尚未攪拌均勻時就可能破乳，影響施工的進行。若可拌和時間過長，則達不到快速通車的目的。所以，可拌和時間是否合理就十分重要。

本次試驗分別對0%，0.2%，0.3%，0.4%纖維摻量，以最佳油石比配料，并以不加纖維的混合料作為對照組進行試驗。分別得出：不加纖維時，最佳拌和時間為123 s。纖維摻量為0.2%時，最佳拌和時間為125 s。纖維摻量為0.3%時，最佳拌和時間為130 s。纖維摻量為0.4%時，最佳拌和時間為126 s，如表5所示。

表5 玄武巖纖維拌和試驗數據表

微表處最佳拌和時間應不小于120 s。纖維的加入，提高了微表處混合料的可拌和時間。纖維摻量為0.3%時，最佳拌和時間既符合規范要求，同時相比于不加纖維混合料又有所提高，滿足微表處快速通車的目的。

3.4 粘聚力試驗

微表處混合料的粘聚力是反映其抗剪強度的重要指標。主要是對于最佳油石比混合料，在其初凝時，即30 min對其施加不小于1.2 N·m的扭矩力，在其終凝時，即60 min對其施加大于2.0 N·m的扭矩力。本次試驗主要檢驗纖維的摻量是否會降低混合料的基本強度，若不降低強度，則探究哪種摻量的纖維更適用于微表處技術。

微表處混合料30 min粘聚力不小于1.2 kN·m，60 min粘聚力不小于2.0 kN·m。由表6可知：纖維的加入并不會破壞混合料的抗剪強度。無論是30 min或60 min，加入0.3%玄武巖纖維的混合料粘聚力大于其他兩種纖維摻量混合料粘聚力。所以，加入0.3%玄武巖纖維的混合料抗剪能力最強。

表6 玄武巖纖維粘聚力統計表

4 結論

1)玄武巖纖維的加入不會降低瀝青混合料的可拌和時間，加入0.2%,0.3%,0.4%玄武巖纖維可提高混合料的拌和時間，其中0.3%的纖維摻量提升最多為7 s。

2)玄武巖纖維的加入不會破壞混合料的抗剪能力。纖維摻量為0.3%的混合料抗剪能力最強。

3)通過試驗確定在碎石9.5 mm～4.75 mm∶4.75 mm～2.36 mm∶石屑=15∶25∶60，水泥外摻1%，改性乳化瀝青含量為9.2%時，混合料中玄武巖纖維的最佳摻量為0.3%。