关键词：玄武岩纤维 | 矿料级配 | 油石比 | 沥青混合料 | 路用性能
沥青玛蹄脂是由沥青、矿粉、纤维及少量细集料构成用于填充粗集料空隙的混合料。在我国高等级路面结构层设计过程中，越来越多的选用SMA混合料作为路面面层。现阶段常见的纤维主要包括:矿物纤维、木质素纤维、聚合物纤维。其中，木质素纤维是zui先应用在SMA沥青混合料中的，且施工工艺成熟，价格适宜;聚合物纤维能够较好的吸附沥青，同时对混合料起到加筋增韧的效果，但其生产工艺复杂，成本太高，因此在工程中应用较少;玄武岩纤维是一种矿物纤维，它兼顾常规纤维的优点，生产工艺成熟，取材方便，对环境污染小，同时与沥青混合料具有较好的相容性，伴随施工技术的不断提高，玄武岩纤维渐渐被公路工程研究者所重视。本文通过对玄武岩纤维掺量分别为0%、1%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%以及纤维长度为3mm、6mm、9mm的沥青胶浆开展延度、软化点、弹性恢复等试验，确定纤维的zui佳掺量及长度;zui后研究玄武岩纤维的掺入对SMA-13沥青混合料路用性能的影响，对延长沥青路面的使用寿命具有指导意义。
原材料
沥青
SBS改性沥青具有良好的弹性和韧性，能够改善沥青路面的抗老化、水稳定性、承载能力等。因此，本研究选用SBSI-C改性沥青，SBSI-C改性沥青各项指标试验结果见表1。
纤维性能
在混合料中加入适量的纤维，能够起到加筋效果，增强沥青路面的承载能力，提高路面的整体性能。本研究选用玄武岩纤维和木质素纤维，两种纤维相关技术指标见表2。
配合比设计及马歇尔试验结果
本研究选用的级配类型为SMA-13型沥青混合料，粗集料为3-5mm、5-10mm、11-15mm玄武岩碎石、细集料为0-3mm石灰岩机制砂，填料选用石灰岩磨制的矿粉，经检测粗、细集料及矿粉各项指标满足相关规范要求。SMA-13沥青混合料级配设计结果见表3，SMA-13混合料zui佳油石比及马歇尔试验结果见表4。
纤维沥青胶浆性能
分别将长度为3mm、6mm、9mm的玄武岩纤维以沥青质量的0%、1%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%掺入到沥青中，由于纤维材质柔软，在沥青中容易结团不易分散，本研究将纤维掺入到沥青中先人工用玻璃棒搅拌，让纤维分散，再选用高速剪切仪，在170℃、6000rad/min转速下剪切15分钟，以确保纤维在分散均匀。
软化点试验
沥青软化点的高低能够反映沥青混合料高温稳定性能，软化点越高，混合料高温稳定性能越好。选用软化点试验来分析纤维沥青胶浆的高温稳定性能，软化点随纤维掺量和长度变化试验结果见图1。
由图1可以得出：不同长度纤维的掺入，沥青胶浆的软化点都得到了改善，且随着纤维掺量的变大，沥青胶浆软化点逐渐增大。
弹性恢复试验
弹性恢复试验是指沥青胶浆试件在伸长一定长度后恢复变形的能力。试验试模为一字形，试验温度25℃，试件拉伸速率5cm/min，当试件被拉伸10cm时，将试件在中部位置剪断，zui终测定沥青胶浆的弹性恢复率。弹性恢复率随纤维掺量及长度变化试验结果见图2。
由图2可以得出：不同长度纤维的掺入，沥青胶浆弹性恢复率均有所降低，且随着纤维掺量的变大，试验结果逐渐减小，长度为6mm的纤维沥青胶浆降低程度zui大。
抗剪强度试验
本研究选用抗剪强度试验来分析沥青胶浆的力学性能，长度分别为3mm、6mm、9mm纤维沥青胶浆在25℃、30℃、35℃抗剪强度试验结果详见图3、图4、图5。
由图3、图4、图5可以得出：无论哪种温度条件下，三种长度纤维的沥青胶浆抗剪强度均得到了改善，且随纤维掺量的变大而升高;试验过程中也出现了异常点:在25℃时，长度为6mm纤维掺量从3.5%升高到4%时试验结果升高幅度突然增大;在不同试验温度下，长度为9mm纤维掺量从3.5%升高到4%时，试验结果升高幅度均突然降低;综合考虑玄武岩纤维zui佳长度为6mm。
路用性能
本文选用木质素纤维掺量为混合料质量的0.3%，玄武岩纤维掺量为0.4%，玄武岩纤维长度为6mm。将木质素纤维SMA-13同玄武岩纤维SMA-13混合料分别展开高温性、低温抗裂性、水稳定性试验，对比两种纤维沥青混合料的路用性能。
高温稳定性
本文选用车辙试验评价不同混合料的抗车辙能力，在60℃时，来模拟沥青路面在车辆荷载的作用，使试件产生推移、剪切zui终形成车辙，能够较好的反映沥青路面抵抗塑性变形的能力。两种混合料动稳定度试验结果见图6。
由图6可以得出：两种混合料动稳定度试验结果都满足相关规范要求，玄武岩纤维混合料较木质素纤维动稳定度提高了34.9%，表明玄武岩纤维能够更好的改善混合料的高温稳定性。这主要因为玄武岩纤维的掺入对混合料不仅起到增强、增韧的作用，而且混合料内部形成了空间骨架结构，对混合料高温稳定性的增强作用更为显著。
低温抗裂性
用于评价混合料低温抗开裂能力的方法有多种，本文选用zui常用的低温弯曲破坏试验来评价两种纤维沥青混合料低温抗开裂性能。对混合料进行低温弯曲破坏试验，试验结果见图7所示。
由图7可以得出：两种混合料zui大弯拉应变试验结果均能满足规范要求，玄武岩纤维混合料较木质素纤维提高了11.9%，这主要因为玄武岩纤维能够在混合料内部形成“桥接”和“加筋”作用，增强混合料的韧性，提高混合料的低温抗开裂能力，能够降低温缩应力作用时裂缝的形成。
水稳定性
沥青路面在水的作用下导致粘附在矿料表面的沥青脱落，从而使混合料的粘结能力降低，出现松散破坏的现象称之为水损害。本文选用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价两种纤维混合料的水稳定性，试验结果分别见图8、图9。
由图8、图9可以得出：两种混合料浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂残留强度比试验结果均都满足相关规范要求，玄武岩纤维混合料较木质素纤维分别提高5.7%、6.0%。这主要因为玄武岩纤维能够改善混合料中结构沥青的比例，使沥青和矿料之间粘结能力增强，降低了水对混合料中沥青膜的侵蚀，从而能够更好改善混合料的抗水毁能力。
结论
本文通过对玄武岩纤维沥青胶浆及SMA-13沥青混合料路用性能的研究，得出以下结论：
(1)玄武岩纤维的掺入能够增强沥青胶浆的高温稳定性能及抗剪切能力;沥青胶浆的弹性恢复率随纤维掺量及长度的变大而降低，玄武岩纤维zui佳长度为6mm。
(2)玄武岩纤维SMA-13沥青混合料较木质素纤维的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性方面均有所提高，其中高温稳定性改善效果zui为显著，达到34.9%。
参考文献：
[1]杨明,熊文林,等.隧道路面矿物纤维鉴定方法及扫描电镜下特征研究.隧道建设,2011,31(2):186-191.
[2]于雪松.玄武岩纤维沥青混合料目标配合比设计及老化性能研究.长春: 吉林大学，2012.
[3]穆岩.玄武岩增强纤维在重载交通沥青路面中的应用研究.西安:长安大学,2016.
[4]张智刚.高速公路沥青路面水损害机理及防治措施.湖南交通科技,2006,32(2):25-26.
[5]孙潇潇.玄武岩纤维贫混凝土基层材料与工程应用研究.长沙: 长沙理工大学,2012.
[6]赵丽华.玄武岩纤维对沥青混合料性能影响机理的研究.大连: 大连理工大学,2013.
[7]S.Abo-0udais. The effects of damage evaluation techniques on the prediction of environmental damange in asphalt mixtures. Building and Environment.2007,42(1):288-296.
[8]陈永慧.新型玄武岩纤维对沥青混合料路用性能影响研究.西安: 长安大学,2014.
[9]汤寄予.纤维沥青混合料组成与性能试验研究.郑州: 郑州大学,2013.
[10] Abtahi S M, Sheikhzadeh M, Hejazi S M. Fiber-einforced asphalt-concrete-a review. Construction and Building Materials,2010,24(6):871-877.
[11]张文刚,纪小平,宿秀丽等.路用矿物纤维沥青混合料性能及增强机理研究.武汉理工大学学报,2012,34(8):50-54.
[12]彭波.木质素纤维在沥青混合料中的应用.西安建筑科技大学学报:自然科学版,2005,37(1):104-107.
[13]Kumar G B R,Shama U K. Abrasion resistance of concrete contai ning marginal aggregates. Construction &Building Materials,2014,66(1):712-722.
[14]钟明键,彭响兰.玄武岩纤维增强沥青混合料试验研究.公路工程,2013,38(5):157-160.
[15]邵曼,刘馥铭.不同类型纤维SMA-13力学性能研究.湖南交通科技,2014,40(4):47-49.
[16]许婷婷,顾兴字,倪富健.玄武岩纤维增强沥青混凝土试验与性能研究.交通运输工程与信息学报,2011,09(2):115-121.
[17]赵豫生,李红涛.玄武岩短切纤维对沥青混凝土性能的影响公路交通科技,2012,29(9):38 -42.
[18]宋冬冬.剑麻纤维 SBS 改性沥青混合料的路用性能研究.桂林: 桂林理工大学,2014.
[19]王安.玄武岩纤维 SMA-13 的路用性能研究与应用.长沙: 长沙理工大学,2013.
[20]仰建岗,刘燕,林天发.玄武岩纤维沥青混凝土路用性能研究筑路机械与施工机械化,2015,32(1):53-57.
[21]李慧萍,王福满,李晨.玄武岩纤维对沥青混合料性能影响分析研究.中外公路,2016,36(4):323-327.
[22]郝孟辉,郝培文,杨黔,等.玄武岩短切纤维改性沥青混合料路用性能分析.广西大学学报: 自然科学版,2011,36(1):101-106.
[23]陈昌宇.玄武岩纤维沥青混合料路用性能与应用研究.长沙:长沙理工大学,2012.
全文完 发布于《道路工程》2020年第10期
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