关键词：玄武岩纤维 | 高温性能 | 沥青混合料

沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)组成特性决定了此类沥青混合料的高温抗变形能力及抵抗温度应力的能力较强，同时具有优良的抗滑和降噪效果，因此在越来越多的使用在沥青铺面的上面层。然而，传统使用的木质素纤维在生产过程中将要消耗大量的木材且与沥青只发生简单的吸附作用，对沥青混合料的性能改善有限。而短切玄武岩纤维其生产过程中不消耗木材，短切玄武岩纤维具有优良的力学性能，且由于短切玄武岩纤维微观表面形貌复杂及其具有独特的矿物成分，因此其与沥青的交互作用更为强烈，将其作用沥青混合料纤维改性剂成为当前提高沥青路面高温抗变形性能的研究热点之一。

本文通过车辙试验、单轴贯入试验、动态模量试验聚焦在短切玄武岩纤维对SMA沥青混合料抵抗高温变形能力的影响研究，以期为进一步明确短切玄武岩纤维对沥青混合料性能影响机制，并为切玄武岩纤维应用提供一定的指导作用。

试验材料与试验方法

沥青

SBS改性沥青用于本文研究过程中，其主要路用性能参数如表1所示。

集料

筛分试验在本文用于分析各集料的基本性能，按照规范要求进行了试验损伤，测试了所用集料与填料，得到试验结果汇总至表2。

纤维

本文所选用的短切玄武岩纤维及木质素纤维的基本性能汇总至表5。综上可见，本文所用材料满足使用要求。

SMA-13沥青混合料设计

为了使本文的研究成果更具代表性和广泛适用性，本研究所用SMA-13短切玄武岩纤维沥青混合料和木质素纤维沥青混合料的级配采用《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)推荐的级配范围中值。依据规范所要求的试验方法及步骤，确定两种沥青混合料的zui佳沥青用量为5.8%。

试验方法

动稳定度试验、单轴贯入试验及动态模量三种试验方法[4-10]用于本文研究。按照规范要求的测试步骤，采用前述的三种方法系统地研究分析并评价了短切玄武岩纤维对SMA-13沥青混合料高温性能的影响。试验依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20-2011)开展。

试验结果与分析

动稳定度试验结果与分析

分析上图可以发现，在0.7MPa和0.8MPa条件下，木质素纤维沥青混合料和短切玄武岩纤维沥青混合料的动稳定都满足规范大于2800次/mm的要求。此外，分析上图还可以发现随着应力水平的增加，两种沥青混合料的动稳定度都有显著下降，下降幅度均为23%左右，这说明过大的荷载将会加剧路面车辙病害的出现。

进一步仔细分析上图还可以发现，在0.7MPa和0.8MPa荷载作用水平下，短切玄武岩纤维沥青混合料的抗高温变形能力明显均优于木质素纤维沥青混合料，两种情况下其高温抗变形能力均提高17%左右。

分析原因认为，由于短切玄武岩纤维其独特的矿物特性使得其与沥青的交互作用更强进而提升其抗变形能力。

单轴贯入试验结果与分析

单轴贯入情况如下所示。分析单轴贯入试验结果可以发现，相比于木质素纤维沥青混合料，短切玄武岩纤维改性沥青混合料的单轴贯入强度和单轴贯入模量分别提高24%、37%;单轴贯入zui大深度降低15%。分析原因认为，玄武岩纤维有较好的机械强度且与沥青的交互作用更为强烈，因此玄武岩纤维在沥青混合料内部所形成的三维网络强度更高，能更好的抵抗贯入破坏，表现出较低的贯入深度、更高的贯入强度和贯入模量。这说在外部荷载作用下，沥青混合料的矿料较难发生移动，从而具有良好的高温抗变形能力。

动态模量试验结果与分析

对所制备的沥青混合料进行了动态模量实验，并分析了不同条件下的测试结果，具体测试工况如下表所示。

分别以20℃和35℃温度条件下，不同加载频率所测得的动态模量进行代表性分析。结果如下图所示。

分析上图可以发现，在上述两个温度条件下，玄武岩纤维沥青混合料和木质素纤维沥青混合料的动态模量都随着加载频率的降低，或是测试温度的升高有所降低，且玄武岩纤维沥青混合料的动态模量更高。

为了广域范围范围内分析两种沥青混合料的动态模量特性，基于时温等效原理，获两种材料在20℃条件下的动态模量主曲线。

可以发现，两种材料的模量都着加载频率的增加而增大。从上图还可以发现，当加载频度低于1Hz时，玄武岩纤维沥青混合料的动态模量明显高于木质素纤维沥青混合料。

结论

基于以上试验结果，可以得出以下结论：

(1)由于玄武岩纤维具有良了的表面浸润特性，可以与沥青材料发生更好的交互作用，因而对沥青混合料的高温抗变形能力提升更为显著。

(2)本文所用两种沥青混合料的动稳定都满足规范要求，但玄武岩纤维沥青混合料的抗车辙能力均优于木质素纤维沥青混合料。

(3)由于短切玄武岩纤维的组成、力学及形貌具有独特的优势，因此贯入试验中表现出更好的抗高温性能。

(4)综合动稳定度试验、贯入试验和动态模量试验可知，本文所用的两种混合料中，短切玄武岩纤维沥青混合料有更好的抵抗高温变形的能力。

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全文完 发布于《道路工程》2020年第9期

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