白云石作為瀝青裂縫修補材料的性能探索

（湖北交投智能檢測股份有限公司，湖北 武漢 430050）

高速公路的發展速度在一定程度上反映了交通運輸業的發展水平。我國高速公路發展至今，不但早期修建的路面開始陸續發生病害，而且許多新建或大修的國省道路面也面臨著諸多損毀，與設計使用年限相差甚遠。造成這些問題的原因是多方面的，如超限超載、設計原因和施工原因等。

一、裂縫病害路段路面性能分析

（一）路面裂縫程度

據現場勘察，被調研的湖北省某高速公路路面整體狀況欠佳。根據路面的實際情況和病害特點，調研組選用了新的計算公式，如式（1）所示。

式中：C—裂隙度，m/(1000m2)

L—裂縫的長度，m

A—研究路段的路面面積，取1000m2

調查結果表明，部分路段裂縫度大于20m/(1000m2)，橫向裂縫較密集，部分路段裂縫大于30條。相對而言，該高速公路路面向上的裂縫比向下的裂縫多。

（二）現場調研取樣狀況

根據現場調研在路面裂縫密集地段進行了現場取芯，并展開了綜合分析。

1.橫向裂縫：從取樣結果看，取樣段的橫向裂縫主要為反射裂縫，且大部分的裂紋下部較寬，上部較窄。后期雨水滲入后，在驅動荷載作用下，雨水侵蝕表面與基層之間的黏結層，導致表層與基層脫落。

2.縱向裂縫：從所取樣品可以看出，縱向裂縫產生的主要原因是表面混合材料的抗剪強度較差造成的。縱向裂紋邊緣有明顯的損傷現象，但主要集中在上層，其中部分位置向上層發展，底層與基層相對完整，表面與基層結合較好。

3.網狀裂紋：取樣發現部分裂紋是由表層磨損裂紋引起的。裂縫主要集中在中上層，大部分在上層，少部分在中層，下層和基層狀況良好；少量裂縫已發展到基層，表層和基層均出現嚴重松動。

二、白云石纖維修補材料的性能研究

纖維混合材料是通過纖維材料的紡織加工工藝形成的一種混合結構材料。纖維的長徑比較大，易發生彎曲變形，對形狀具有很好的適應性，可以有效防止混合物開裂。大量研究表明，纖維的種類、長度、細度和含量對纖維瀝青混合料具有明顯影響。本文研究了不同纖維摻量下，馬歇爾指數的變化及纖維摻合對低溫抗裂效果的影響，為類似工程的纖維選擇和纖維混合料的設計及施工提供相關依據。

（一）纖維劑量效應

隨著纖維混合料中纖維摻量的不同，纖維在混合料中的分散度、有效比表面積及對混合料的增強效果也發生了變化。為了分析纖維用量的影響，本文采用白云石纖維作為研究對象進行了對比試驗。纖維用量分別為0%、0.20%、0.35%和0.50%，試驗結果如表1所示。

由試驗結果可知，混合料的密度隨著瀝青含量的不斷增加而減小，隨著纖維含量的增加，孔隙率和礦料間隙率（VMA）不斷增大。馬歇爾穩定性取決于纖維的增強程度和纖維的分散性，其流動性有增加的趨勢。

表1 不同白云石纖維含量試驗結果

表1 不同白云石纖維含量試驗結果

表2 混合料彎曲破壞試驗結果

表2 混合料彎曲破壞試驗結果

混合料中不同纖維摻量直接影響最佳瀝青用量，纖維摻量的增加提高了混合料中最佳瀝青含量。混合料由于纖維含量的增加，提高了瀝青與混合料的接觸面積，需要更多的瀝青將纖維包裹，并且纖維直徑越小，纖維的含量越高，相對應的比表面積越大，從而吸附了更大量的瀝青，最佳瀝青含量相應增加。然而，隨著纖維的不斷增加，纖維的分散性使總比表面積不再持續加大，相對應的瀝青含量也不會增加。由此可知，纖維的加入會對瀝青含量產生影響，當纖維摻量過多時該影響會減小，因此在使用中應合理選擇纖維的用量。

由于纖維的相對密度和體積較小，因此與無纖維的混合料相比，有纖維摻量的混合料密度較小，且纖維含量越大密度越小。因此，在纖維瀝青混合料的施工中，為保證混合料得到良好的壓實效果，需要進一步把控瀝青混合料的纖維摻量。

研究結果表明，當混合料內纖維分散得較為均勻時，在一定程度內，隨著纖維摻量越大，混合料的穩定性及抗損傷性明顯提高；當纖維摻量過大時，混合料的穩定性開始降低，主要由于纖維的分散性造成。在試驗中體現為馬歇爾穩定值隨著纖維摻量的不斷增加呈現先增長、后減小的趨勢。另一方面，由于纖維含量的增加使得最佳瀝青含量增加，從而加大了瀝青混合料的流動性。

纖維用量、空隙率和VMA纖維用量較小且混合均勻時，纖維的加入占據一定的空間。纖維的彈性模量大于瀝青及其他的混合料，因此隨著纖維含量的增加混合料的孔隙率變大增加了混合料的壓實難度。同時，纖維摻量的增加同樣引起VMA的增大。雖然VMA增加，但瀝青飽和度(VFA)沒有明顯變化表明，瀝青有效薄層厚度隨纖維摻量的增加而增大，有利于混合料的低溫耐久性。

（二）混合料低溫抗裂性能研究

低溫抗裂性能是指瀝青混凝土路面抵抗低溫收縮裂開的能力。隨著溫度持續降低，瀝青路面的剛度增大，變形能力降低。在外部荷載作用下，部分應力不能釋放，因此逐漸積累。當材料的抗拉強度超過極限荷載時就會產生裂縫，從而導致路面損壞。

瀝青混合料低溫極限變形能力，反映了材料在低溫下的黏塑性和抗變形能力。瀝青混合料的極限破壞應變越高，其低溫抗裂性能越好。由分析可知，摻入纖維材料混凝土的抗折強度和抗拉強度均高于普通混合料，混凝土的破壞應變和剛度模量也相應增加。瀝青混合料的抗裂性可以通過添加纖維來提高。

三、結語

通過試驗可知，當混合料內摻有白云石纖維且分散較為均勻時，在一定范圍內，隨著纖維摻量增大，混合料的穩定性及抗損傷性明顯提高。此外，摻入白云石纖維材料白云石的混凝土抗折和抗拉強度均高于普通混合料，因此可作為公路修補材料使用。