玄武巖纖維和聚酯纖維對sup-20 改性瀝青混合料路用性能分析

胡傳濤

（江蘇東南交通工程試驗檢測有限公司， 江蘇 南京 211100）

0 引言

隨著江蘇省高速公路事業(yè)的迅猛發(fā)展,對高等級瀝青路面的質(zhì)量也在不斷提高。因此,改善路面的質(zhì)量,延長路面的使用壽命是目前面臨的重要課題。據(jù)研究表明：在瀝青混合料中添加其他改性材料如聚酯纖維和玄武巖纖維等，可以有效地緩解瀝青路面的早期破壞，改善瀝青路面的路用性能和延長瀝青路面的使用壽命。

目前，Superpave 高性能瀝青路面在江蘇省高速公路被廣泛采納和應(yīng)用，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計一般會在中、上面層瀝青混合料中采用木質(zhì)素纖維、聚酯纖維和玄武巖纖維等改性材料，其中玄武巖纖維使用相對較少。本次室內(nèi)試驗選取兩種纖維-聚酯纖維和玄武巖纖維，通過采用瀝青混合料的車轍試驗、凍融劈裂試驗和-10℃低溫彎曲試驗，來檢驗摻加聚酯纖維、玄武巖纖維對Sup-20 改性瀝青混合高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性能以及低溫抗裂性能的影響。

1 原材料及配合比設(shè)計方案

1.1 原材料

本次試驗采用I-D 型SBS 改性瀝青；粗集料為石灰?guī)r，規(guī)格為19.0～26.5mm、13.2～19.0mm、4.75～13.2mm 和2.36～4.75mm，依次為1#、2#、3#料和4#料；細(xì)集料為石灰?guī)r，5#料規(guī)格為0～2.36mm。纖維分別采用聚酯纖維和玄武巖纖維，兩種纖維摻量均為瀝青混合料的0.3%。

1.2 配合比設(shè)計方案

Sup-20 型瀝青混合料室目前江蘇省內(nèi)高速公路常用的瀝青路面類型。Superpave 混合料設(shè)計主要特性是相對AC 型、SMA 型等改變了試驗室室內(nèi)成型方式，在室內(nèi)采用旋轉(zhuǎn)壓實儀（SGC）成型，是模擬了瀝青混合料施工碾壓時候的實際壓實情況。本次設(shè)計瀝青混合料的礦料比例為1#料∶2#料∶3#料∶4#料∶5#料∶礦粉=11.5∶26.0∶17.0∶9.5∶33.0∶3.0，配合比設(shè)計級配見表1。

表1 瀝青混合料配合比設(shè)計級配

試驗方案為三組，分別為未摻加纖維、摻加聚酯纖維和摻加玄武巖纖維，對應(yīng)的瀝青用量(瀝青與瀝青混合料的質(zhì)量比)分別為4.2%、4.5%和4.5%。

2 瀝青混合料性能試驗與分析

2.1 高溫穩(wěn)定性(車轍試驗)試驗與分析

車轍是瀝青路面最主要的破壞形式之一，嚴(yán)重影響著路面的使用壽命和服務(wù)質(zhì)量。采用車轍試驗來評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。試驗結(jié)果見表2 所示。

表2 Sup-20 瀝青混合料車轍試驗結(jié)果

從試驗結(jié)果可知：三種類型的Sup-20 瀝青混合料動穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求。聚酯纖維瀝青混合料動穩(wěn)定度值有了明顯的提高,其動穩(wěn)定度值為Sup-20 改性型瀝青混合料的1.4 倍。玄武巖纖維的動穩(wěn)定度值提高更明顯,其動穩(wěn)定度為Sup-20 改性型瀝青混合料的1.6 倍。其中60min 的總的變形量也依次變小，綜合表明，纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性優(yōu)于改性瀝青混合料，且玄武巖纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性優(yōu)于聚酯纖維瀝青混合料[1-3]。sup-20 瀝青混合料車轍試驗結(jié)果見圖1。

圖1 sup-20 瀝青混合料車轍試驗結(jié)果

2.2 水穩(wěn)定性(凍融劈裂試驗)試驗與分析

通過凍融劈裂試驗,在試驗溫度為25℃，加載速度為50mm/min 下測定凍融循環(huán)后有效試件的劈裂抗拉強度平均值RT2 與未凍融循環(huán)的有效試件的劈裂抗拉強度平均值RT1 的強度比TSR，試驗結(jié)果見表3。

表3 Sup-20 瀝青混合料凍融劈裂試驗結(jié)果

從試驗結(jié)果可知：摻加聚酯纖維和玄武巖纖維使Sup-20 改性瀝青混合料的凍融劈裂強度比分別提高了3.2%和2.0%。這表明纖維加入后，礦料表面有效瀝青膜厚度均有所增厚,減少了水分浸入集料與瀝青界面的潛在威脅，從而使Sup-20 瀝青混合料能更好地抵抗凍融循環(huán)的破壞，提高路面的抗水損害的能力[4-5]。Sup-20 瀝青混合料凍融劈裂試驗結(jié)果見圖2。

圖2 Sup-20 瀝青混合料凍融劈裂試驗結(jié)果

2.3 低溫抗裂性能(-10℃低溫彎曲)試驗與分析

為了檢驗改性瀝青混合料的低溫抗裂性能,按照配合比設(shè)計的瀝青用量制備長250mm±2.0mm、寬30mm±2.0mm、高度35mm±2.0mm 的棱柱體小梁瀝青混合料試件,其跨徑應(yīng)為200mm 檢測其在-10℃溫度下、加載速率為50mm/min 時破壞抗彎拉強度RB 和破壞時的最大彎拉應(yīng)變εB 的比值為彎曲勁度模量SB。試驗結(jié)果見表4。

表4 Sup-20 瀝青混合料-10℃低溫彎曲試驗試驗結(jié)果

從試驗結(jié)果可知:聚酯纖維瀝青混合料和玄武巖纖維瀝青混合料的破壞應(yīng)變值高于改性瀝青混合料, 相對于改性瀝青混合料，最大彎拉應(yīng)變分別提高了的9.21%和19.21%。由表4 可知：聚酯纖維瀝青混合料和玄武巖纖維瀝青混合料的低溫抗彎拉強度都有了明顯的提高，由改性瀝青混合料的8.46MPa 分別增大到了9.07MPa 和9.71MPa。聚酯纖維瀝青混合料和玄武巖瀝青混合料破壞時的跨中撓度均也提高，由改性瀝青混合料的0.62mm 分別增大為0.68mm 和0.75mm。另一方面纖維瀝青混合料相比于改性瀝青混合料彎曲勁度模量略有降低。Sup-20 瀝青混合料低溫彎曲試驗結(jié)果見圖3。

圖3 Sup-20 瀝青混合料低溫彎曲試驗結(jié)果

3 結(jié)束語

通過對Sup-20 改性瀝青混合料和摻加兩種纖維后的瀝青混合料的室內(nèi)試驗得出如下結(jié)論：

（1）Sup-20 改性瀝青混合料中增加聚酯纖維和玄武巖纖維，高溫穩(wěn)定性提高明顯，表明增加纖維具有良好的加筋特性，可以很好地提高改性瀝青混合料的抗車轍性能。玄武巖纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性優(yōu)于聚酯纖維瀝青混合料。

（2）Sup-20 改性瀝青混合料中增加聚酯纖維和玄武巖纖維，水穩(wěn)定性提高，相對高溫穩(wěn)定性不明顯。聚酯纖維瀝青混合料的水穩(wěn)定性略微優(yōu)于玄武巖瀝青混合料。

（3）Sup-20 改性瀝青混合料中增加纖維，低溫抗裂性明顯提高，表明在瀝青混合料中摻加纖維可以很好地提高瀝青混合料的低溫抗裂性，且玄武巖纖維瀝青混合料的低溫抗裂性優(yōu)于聚酯纖維瀝青混合料。玄武巖纖維瀝青混合料的低溫抗裂性能優(yōu)于聚酯纖維瀝青混合料。