关键词: 沥青路面 环氧沥青混合料 玄武岩纤维 路用性能

由于环氧沥青混合料的路用性能较普通沥青混合料更为优异，故在高等级路面建设工程中得到了广泛应用 [1-3]。因环氧树脂的脆性高且柔韧性差，使得环氧沥青混合料铺装结构的抗裂及抗疲劳性能较差，其在低温、荷载耦合作用下容易产生开裂病害，给路面的使用性能及寿命造成严重影响 [4-5]。为了改善环氧沥青混合料的使用性能，国内道路研究者对此展开了一些研究，如：郝增恒等 [6] 探讨了多种 70# 基质沥青对环氧沥青混合料路用性能的影响，研究结果表明基质沥青种类对环氧沥青混合料路用性能的影响不大；顾晓燕等 [7] 研究了聚酯纤维掺量对环氧沥青混合料柔、韧性的改性效果，结果表明 0.3% 的聚酯纤维可大幅提升环氧沥青混合料的柔性与韧性；刘攀等 [8] 考察了 5 种不同级配类型对环氧沥青混合料路用性能的影响，研究结果表明，级配类型仅对其抗滑性能有所影响，而对其它路用性能影响较小；钟庆军等 [9] 研究了石墨烯掺量对环氧沥青及环氧沥青混合料性能的影响规律，结果表明，0.3% 的石墨烯能够有效改善环氧沥青的拉伸强度与断裂伸长率，同时可以显著提升环氧沥青混合料的路用性能。考虑到玄武岩纤维的比表面积较大，能够吸附大量的自由沥青，使得沥青胶浆的粘性与粗集料的沥青膜厚度增大，从而增强沥青混合料的各项路用性能。本文通过将不同掺量的玄武岩纤维掺入三种 AC 级配环氧沥青混合料中进行改性，以动稳定度、zui大弯拉应变、浸水残留稳定度、冻融劈裂强度比及疲劳寿命次数为试验指标，探讨了玄武岩纤维掺量对不同 AC 级配环氧沥青混合料路用性能的影响规律，以期为玄武岩纤维改性环氧沥青混合料的设计及工程应用提供技术支撑。

试验部分

原材料

环氧沥青采用国产某品牌环氧树脂沥青，其主要技术指标见表 1。粗、细集料均采用玄武岩，其中细集料表观密度为 2.727g•cm-3，棱角性为 20.7s，吸水率为 1.36%，砂当量为 78.9%；粗集料吸水率小于 1%，压碎值为 8.2%，针片状颗粒含量小于 3%，磨耗值为13.5%。矿粉采用表观密度为 2.695g•cm-3 的石灰岩矿粉，粒度范围（<0.075mm）为 78.1%，亲水系数为 0.69，塑性指数为 2.72%。纤维选用短切玄武岩纤维，其主要技术性能指标见表 2。

试验方案

试验选择了 AC-10、AC-13、AC-20 三种级配类型进行环氧沥青混合料路用性能及耐久性试验研究，所选的 AC 级配曲线如图 1 所示。在各级配环氧沥青混合料中分别掺入 0%、2%、4%、6%、8% 的短切玄武岩纤维，采用高温车辙试验、低温三点弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验评价环氧沥青混合料的路用性能，采用四点弯曲试验评价环氧沥青混合料的抗疲劳耐久性，相关试验方案见表 3。

结果与讨论

高温稳定性

玄武岩纤维对不同级配环氧沥青混合料高温稳定性的影响规律如图 2 所示。

根据图 2 可知，玄武岩纤维改性环氧沥青混合料的动稳定度均远高于《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）的zui低要求；在相同玄武岩纤维掺量条件下，环氧沥青混合料的动稳定度随着 AC 级配公称zui大粒径的增大逐渐增大。随着玄武岩纤维掺量的增加，环氧沥青混合料的动稳定度呈先增后减变化，在玄武岩纤维掺量为 0~6% 范围内，沥青混合料的动稳定度随之逐渐增大，而在纤维掺量为 6%~8% 范围内，动稳定度则随之逐渐减小。掺入玄武岩纤维可以显著提高环氧沥青混合料的高温稳定性，原因是玄武岩纤维有增韧、加筋的作用，其在混合料内部形成三维网状结构，能够有效抑制高温荷载作用下集料间的滑移能力，从而改善环氧沥青混合料的高温抗车辙变形能力。

低温抗裂性

玄武岩纤维对不同级配环氧沥青混合料低温抗裂性的影响规律如图 3 所示。

由图 3 可以看出，不同玄武岩纤维改性环氧沥青混合料的zui大弯拉应变均远高于 JTG E20-2011 规范的zui低要求；在相同玄武岩纤维掺量条件下，沥青混合料的zui大弯拉应变随着 AC 级配公称zui大粒径的增大逐渐减小。随着玄武岩纤维掺量的增加，AC-10、AC-13、AC-20 级配环氧沥青混合料的zui大弯拉应变同样都呈先增后减变化，在玄武岩纤维掺量为 6% 时，zui大弯拉应变都达到峰值，且较未掺纤维混合料分别增大了 62.2%、66.4%、58.5%，说明掺入玄武岩纤维能够有效改善环氧沥青混合料的低温抗裂性，原因是玄武岩纤维均匀加筋于混合料中形成三维空间网状结构，促进了应力的分散与传递，因此在一定程度上能够阻止裂缝的产生或发展，从而增强环氧沥青混合料的低温抗开裂能力。

水稳定性

玄武岩纤维对不同级配环氧沥青混合料水稳定性的影响规律如图 4 所示。

由图 4 可知，不同玄武岩纤维改性环氧沥青混合料的浸水残留稳定度与冻融劈裂强度比均高于 JTG E20-2011 规范zui低标准；在相同玄武岩纤维掺量条件下，沥青混合料的浸水残留稳定度与冻融劈裂强度比均随着 AC级配公称zui大粒径的增大逐渐减小。随着玄武岩纤维掺量的增加，AC-10、AC-13、AC-20 级配环氧沥青混合料的浸水残留稳定度与冻融劈裂强度比均呈逐渐减小变化，在玄武岩纤维掺量为 8% 时，三种级配的浸水残留稳定度分别为 91.6%、91.3%、90.6%，较未掺沥青混合料分别减小 2.6%、1.7%、1.3%；三种级配的冻融劈裂强度比分别为 87.0%、85.7%、85.2%，较未掺混合料分别减小 2.9%、2.5%、2.1%。环氧沥青混合料的抗水损害性能较优，在掺入玄武岩纤维后抗水损害能力虽有所降低，但其水稳定性仍满足规范使用要求。

抗疲劳性

玄武岩纤维对不同级配环氧沥青混合料抗疲劳性的影响规律如图 5 所示。

从图 5 可以看出，各玄武岩纤维改性环氧沥青混合料的疲劳寿命次数均远高于 JTG E20-2011 规范zui低标准；在相同玄武岩纤维掺量条件下，沥青混合料的疲劳寿命次数随着 AC 级配公称zui大粒径的增大逐渐减小。随着玄武岩纤维掺量的增加，环氧沥青混合料的疲劳寿命次数呈先增后减变化，在未掺玄武岩纤维时，AC-10、AC-13、AC-20 级配的疲劳寿命次数分别为 119 万次、108 万次、103 万次，而在玄武岩纤维掺量为 6% 时，三种级配的疲劳寿命次数分别为 223 万次、208 万次、168万次，分别增大了 87.5%、92.6%、63.1%，表明了掺入玄武岩纤维能够显著提高环氧沥青混合料的抗疲劳性，原因是玄武岩纤维具有良好的加筋、增韧及阻裂作用，能够促进结构应力更好地分散与传递，从而有利于抗疲劳破坏能力的提高。 

结论

（1）在相同玄武岩纤维掺量条件下，环氧沥青混合料除动稳定度指标外的其它各路用性能指标均随着 AC级配公称zui大粒径的增大逐渐减小；通过增大级配公称zui大粒径可以改善环氧沥青混合料的高温稳定性，但不利于其低温抗裂性、水稳定性及抗疲劳性，故建议选择公称zui大粒径较小的级配。

（2）环氧沥青混合料的动稳定度、zui大弯拉应变及疲劳寿命次数均随着玄武岩纤维掺量的增加呈先增大后减小变化；掺入玄武岩纤维能够有效改善环氧沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性及抗疲劳性。

（3）随着玄武岩纤维掺量的增加，环氧沥青混合料的浸水残留稳定度与冻融劈裂强度比逐渐减小；掺入玄武岩纤维虽对环氧沥青混合料的抗水损害能力有所影响，但仍满足规范使用要求。

（4）通过从各项路用性能综合考虑，推jian玄武岩纤维掺量为 6%，有利于提升环氧沥青混合料的使用性能及寿命。

参考文献：

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[6]郝增恒、李凯、刘攀等，基质沥青种类对高韧性环氧沥青混合料性能影响分析 [J]. 应用化工, 2021,50 (04):965-968,973.

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[8]刘攀、李璐、盛兴跃等，不同级配类型增韧型环氧沥青混合料路用性能研究 [J]. 公路, 2019,64(03):38-42. 

[9]钟庆军、全弘彬，道桥铺装用石墨烯复合改性环氧沥青及其混合料的性能研究 [J]. 中国建筑防水, 2022 (07):5-7,36.

[10]魏志峰，复掺纤维环氧沥青混凝土在桥面铺装中的应用研究 [J]. 合成材料老化与应用, 2019,48(06):58-62.

[11]张婧丽，玄武岩短切纤维对环氧沥青及其混合料性能的影响[J]. 硅酸盐通报, 2020,39(09):3032-3039.

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设备名称：独立式气动伺服四点弯曲小梁试验系统 4PB

型       号：B210 KIT

制  造  商：意大利Matest-澳大利亚Pavetest

棱柱体小梁四点弯曲试验是 2011 年交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混合料规程》增加的评价沥青混合料疲劳性能和测量劲度模量的非常重要的试验方法。该方法可以在DTS多功能动态试验系统中进行，也可以使用单独式系统，搭配温控环境箱进行试验。尤其对于试验任务量比较大的单位，因为疲劳试验可能持续的时间比较长，几小时到几天、甚至几周。 所以配备一套单独式的沥青混合料疲劳试验系统是非常有必要的。

意大利matest-澳大利亚Pavetest气动伺服四点弯曲疲劳试验机 (4PB) 是采用数字控制高性能伺服阀，提供高达60Hz的准确加载波形的气动伺服试验仪。四点弯曲疲劳试验机可加载半正弦波和正弦波，受控应变或受控正弦应力控制模式，测试多种尺寸沥青混合料小梁的弯曲劲度/模量。

产品特点

1.试样通过伺服电机驱动滚珠丝杠牢固夹紧，可始终维持预定的夹紧力，并保证测试过程中试样在产生屈服变形时仍能被持续夹紧，夹紧力可通过调节电机电流控制

2.两个夹紧开关在仪器前方，用于试样梁的左右两侧和中间侧夹紧点的夹紧和放松。四个试样夹紧框可实现所有加载点和反力点的旋转和横向移动

3.顶部夹紧块的标志线，可帮助操作者在夹紧前横向对中试样梁

4.气动伺服系统使用底部气动加载作动器，配备高性能气动伺服阀，PID 闭环控制，运行中的自适应控制，可始终维 持测试所需的应力/应变

5.薄型高性能不锈钢圆形荷载传感器，用于实时测量和控制荷载。主轴位移传感器可实现中间加载框架的准确定位

6.试样表面位移传感器(On-specimen LVDT)可按设定进行控制并测量试样梁有效范围内的整体弯曲变形（而不是悬浮式的测量部分变形的方法），符合相关标准的要求

7.基于 Windows 的 TestLab 软件提供的用户界面，简单、效率高并符合有关国际标准

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