玄武巖纖維對瀝青混合料性能影響機理的探究

蘇 靜

(溫州華晟道路橋梁設計研究有限公司，浙江 溫州 325000)

0 引 言

道路材料的發展隨公路的發展而快速推進，我國對纖維材料的研究較為深入，尤其是作為外加劑摻入到瀝青混合料中。所用的外加劑是玄武巖纖維，該纖維經特殊工藝加工而成，纖維通過將瀝青中的油份吸附掉來增加與瀝青的粘結效果。且該材料抗拉強度比其他纖維高很多，對瀝青混合料起到了加強的效果。該種纖維的特性可總結成：明顯改善混合料的性能，施工簡單且環保。

1 原材料試驗及配合比設計

采用的瀝青材料為SBS改性瀝青和70#基質瀝青，纖維采用兩種類型，一種為普通纖維另一種為新型纖維，通過對玄武巖纖維進行指標分析得到該材料具有良好地抗拉強度和耐高溫性能，新型的玄武巖纖維具有較高的吸油率，兩種纖維在進行拌和時均不發生碳化。選取的混合料級配分別為SMA-13和AC-16兩種。通過油石比試驗確定AC-16摻加普通纖維的油石比為4.98%；AC-16摻加新型纖維的油石比為5.5%；SMA-13摻加普通纖維的油石比為6.0%；AC-16摻加新型纖維的油石比為6.3%。

2 瀝青混合料路用性能分析

2.1 高溫性能分析

(1)高溫評價指標

進行車轍試驗時，選取DS(動穩定度)作為材料的高溫評價指標。當動穩定度數值增大時，表明材料的高溫穩定性增加。動穩定度的公式如下所示

DS=(t2-t1)×N×C1×C2/(d2-d1)

式中：DS指評價指標動穩定度；t1和t2表示獲取車轍數據的時刻；d1和d2表示該時刻的車轍深度。C1和C2表示試驗常數；N=42次/min。

(2)車轍試驗

本文所研究的車轍試驗是以輪載壓力P=0.7 MPa為前提，對添加新型玄武巖纖維、不加外摻劑劑、普通玄武巖纖維幾種瀝青混合料類型進行60 ℃、70 ℃、80 ℃高溫車轍試驗。結果如圖1所示。

圖1 動穩定度變化圖

(3)試驗結果分析

通過對車轍試驗的結果進行分析可知：該新型玄武巖纖維對AC-16的瀝青混合料在新型纖維的作用下，DS(動穩定度)的改善情況優于SMA-13的瀝青混合料；新型玄武巖纖維比普通玄武巖纖維對瀝青混合料的改善效果較好；通過對圖1分析可以看出車轍深度能較好的反應新型纖維對混合料的高溫改善效果。

2.2 低溫性能分析

(1)低溫評價指標

選取的試驗方法是低溫彎曲蠕變試驗，該方法是低溫試驗方法中最能反映低溫破壞狀態的試驗方法，具體如下：試件尺寸為250 mm×30 mm×35 mm；彎曲蠕變試驗過程中環境溫度為-10 ℃，加載速率為50 mm/min。該試驗選取的評價指標為最大彎拉應變和勁度模量。計算公式如下所示

εb=6hd/L2

Sb=Rb/εb

式中：L、b和h分別表示試件的長度、高度以及寬度；Rb表示極限彎拉強度；εb表示最大彎拉應變；Sb表示試件的勁度模量。

(2)試驗結果及分析

低溫彎曲蠕變試驗的結果如表1所示。

表1 低溫試驗結果

通過對表1進行分析可知：瀝青中加入普通纖維或新型纖維均會產生油分被吸收，勁度變大的效果。由于新型纖維比普通纖維的吸油率高，因此對應的瀝青混合料的強度也隨之發生相同改變。摻加纖維可增強材料的抗拉能力，提高材料的彎拉應變，對材料起到了植筋的作用。

3 瀝青混合料的增強機理分析

3.1 抗剪強度分析

通過進行錐入度試驗來分析纖維對混合料的影響機理。試驗設定溫度為45 ℃，主要試驗步驟是對瀝青混合料在設定溫度內進行水浴，時間設定為60 min，然后對試驗后的混合料進行錐入度測定，通過錐入度來換算抗剪強度。換算公式為

T=Qcos2(a/2)/πh2tan(a/2)

式中：T為混合料的抗剪強度，kPa；Q為貫入總重，kN；h為錐入深度，mm；a為沉錘角度，°。

通過對混合料進行錐入度試驗，換算的抗剪強度結果如表2所示。

通過對表2進行分析可知：錐入度數值大小體現的是纖維作用下瀝青混合料的抗剪強度。當錐入度越大時，抗剪強度越小。由上表可看出錐入度大小為：原瀝青的>普通纖維>改性瀝青>新型纖維。因此抗剪強度最大的為新型纖維。新型纖維具有較強的抗拉強度，對瀝青起到加筋作用，且效果較為明顯。

3.3 纖維增強效果對比

通過評分制度來評價不同纖維所表現出的增強效果：文章定義的100分是吸油倍數在0～10間，抗拉強度為5 000 MPa。通過兩種纖維的吸油率和抗拉強度在坐標軸上的距離進行分數評定。兩種纖維的評分表如表3所示。

表3 纖維評分表

通過對表3進行分析可知：新型纖維的吸油率得分大于普通纖維的得分。二者的抗拉強度得分相同，綜合以上指標可知新型纖維對瀝青混合料的增強效果比普通纖維的增強效果顯著。

4 結 語

本文通過對纖維對瀝青混合料影響機理進行分析得出以下結論。

(1)通過在瀝青混合料中加入新型纖維和普通纖維進行車轍試驗，分析混合料的高溫穩定性。最終得到結論纖維能提高混合料的動穩定度。新型纖維比普通纖維提高動穩定度效果更明顯。同時說明車轍深度能較好的反應混合料的高溫性能。

(2)通過低溫性能得人分析可知：混合料中摻加纖維可增強材料的抗拉能力，對材料起到了植筋的作用。

(3)通過錐入度試驗和評分制度說明新型纖維抗拉強度較高，且對材料的增強效果明顯。