摘要：為深入了解礦物纖維對(duì)改善南方濕熱地區(qū)瀝青路面抵抗高溫永久變形、水損害及大交通量的能力，通過(guò)對(duì)不同摻量礦物纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性、抗壓回彈模量和劈裂抗拉強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析比較，結(jié)果表明，合理的礦物纖維摻量可在一定程度上改善瀝青混合料的路用性能和力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：濕熱地區(qū)；礦物纖維；瀝青混合料；使用性能

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通量的迅速增加，車輛也日趨大型化，現(xiàn)代交通對(duì)瀝青路面建設(shè)質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求，傳統(tǒng)的瀝青混合料技術(shù)已不能完全滿足工程建設(shè)的需要，大量的新型材料也正在進(jìn)入瀝青路面技術(shù)領(lǐng)域。其中，纖維作為一種特殊添加材料已經(jīng)普遍應(yīng)用于瀝青路面工程，通過(guò)纖維的吸附和加筋穩(wěn)定作用，盡管瀝青混合料的最佳瀝青用量會(huì)有所增加，密度略有降低，但強(qiáng)度可得到較大幅度的改善，增強(qiáng)了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和疲勞耐久性[1，2，3，4]。以AC型為代表的連續(xù)密級(jí)配瀝青混合料因具有密實(shí)、不透水、耐久性好等特點(diǎn)，目前已成為南方濕熱地區(qū)首選的瀝青路面類型。然而，連續(xù)密級(jí)配瀝青混合料的不完全骨架結(jié)構(gòu)使其在抗高溫變形能力方面存在不足，也導(dǎo)致了早期病害的頻繁發(fā)生，嚴(yán)重制約著瀝青路面的路用性能和使用壽命。因此，利用纖維的特性，在連續(xù)密級(jí)配瀝青混合料中加入適量的纖維對(duì)混合料進(jìn)行加筋和穩(wěn)定，以此提高瀝青混合料高溫抗變形能力、抗水損害能力和瀝青路面的疲勞耐久性，對(duì)南方濕熱地區(qū)瀝青路面使用性能的改善將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 原材料

瀝青采用SBS（I-D）改性瀝青，其技術(shù)指標(biāo)[5，6]見(jiàn)表1；粗集料為10～15mm和5～10mm兩種規(guī)格玄武巖碎石[7]，細(xì)集料為0～5mm花崗巖石屑，填料是由石灰石磨細(xì)的礦粉和消石灰。

所用纖維為美國(guó)福倍安道路專用礦物纖維，它以特選的玄武巖為原料，經(jīng)過(guò)特定的預(yù)處理后，在1600℃高溫熔融提煉抽絲制成，具有如下性能特點(diǎn)：①極大的比表面積，纖維平均直徑5μ，呈三維狀分布；②表面浸潤(rùn)性好，與瀝青能很好地粘合；③有很高的抗拉強(qiáng)度和熔點(diǎn)，其熔點(diǎn)高達(dá)1500℃；④有良好的抗老化性能和化學(xué)穩(wěn)定性好，拌合時(shí)不變質(zhì)退化、不與瀝青產(chǎn)生任何化學(xué)反應(yīng)，適應(yīng)瀝青路面的各種酸堿工作環(huán)境；⑤不吸水、不怕潮，易于運(yùn)輸儲(chǔ)存，也有助抑制瀝青氧化老化。其技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

2 馬歇爾試驗(yàn)

試驗(yàn)采用AC-13型瀝青混合料，經(jīng)試配優(yōu)選后，選定AC-13型礦料合成級(jí)配如表3所列。

根據(jù)瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果，確定不同纖維摻量瀝青混合料在最佳瀝青用量時(shí)的各項(xiàng)體積指標(biāo)如表4。

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著礦物纖維摻量的增加，在體積指標(biāo)相近的情況下，瀝青混合料的最佳油石比逐漸增加，說(shuō)明礦物纖維對(duì)瀝青有一定的吸持能力，纖維從未摻加到摻量為0.5%，摻量每增加0.1%，最佳瀝青用量依次增加0.1%。

3 礦物纖維瀝青混合料路用性能

3.1 高溫穩(wěn)定性

分別對(duì)未摻加礦物纖維和礦物纖維摻量為0.2%、0.3%、0.4%和0.5%的混合料進(jìn)行動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)。試驗(yàn)根據(jù)最佳油石比條件下的馬歇爾試件密度計(jì)算用料量并成型車轍板，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ 052-2000）[5]中T0719-1993規(guī)定的方法進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，礦物纖維加入瀝青混合料后其動(dòng)穩(wěn)定度均有一定程度提高。摻量為0.5%時(shí)動(dòng)穩(wěn)定度提高幅度最大，是未摻加纖維的1.2倍；摻量為0.3%、0.4%時(shí)，其動(dòng)穩(wěn)定度也分別增加了2.6%和13.9%?？梢?jiàn)礦物纖維對(duì)瀝青混合料的抗車轍能力有明顯的改善，這主要是由于礦物纖維除了增加了結(jié)構(gòu)瀝青的比例，提高了混合料的高溫穩(wěn)定性外，它們?cè)跒r青混合料中也起到了一定的加筋作用，荷載應(yīng)力通過(guò)纖維空間網(wǎng)絡(luò)的傳遞使得混合料內(nèi)部應(yīng)力分散較均勻，阻止或減輕了礦料間的相對(duì)滑移，同時(shí)，纖維的增粘作用可使瀝青高溫粘滯度增大，溫度敏感性減小，致使瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性較摻加纖維之前得到顯著提高。

除了采用動(dòng)穩(wěn)定度評(píng)價(jià)其高溫穩(wěn)定性以外，對(duì)車轍試驗(yàn)過(guò)程中的早期車轍變形量也進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集，如表5中車轍試驗(yàn)至10min時(shí)的變形量比較，表明在車轍試驗(yàn)?zāi)雺撼跗诓煌w維摻量的瀝青混合料變形發(fā)展趨勢(shì)基本相同，均存在一個(gè)再壓密過(guò)程。對(duì)10min時(shí)的車轍變形量進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，摻礦物纖維的混合料早期車轍比不含纖維的混合料車轍要小，礦物纖維的加入不僅有效地減小了瀝青混合料的高溫剪切（流動(dòng)）變形，而且還對(duì)混合料早期抗壓密變形能力的提高有一定程度的貢獻(xiàn)。

3.2 水穩(wěn)定性

根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ052-2000）[5]中規(guī)定，制作浸水馬歇爾試件和凍融劈裂試件進(jìn)行水穩(wěn)定性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

由表6中的試驗(yàn)結(jié)果表明：

纖維的加入使得混合料的殘留穩(wěn)定度值MS0顯著提高，其中以0.3%和0.4%摻量時(shí)的殘留穩(wěn)定值MS0最高，比未摻加纖維的混合料提高了14.4%，這表明礦物纖維的加入有利于混合料水穩(wěn)性的提高。因?yàn)榈V物纖維加入后，縱橫交錯(cuò)的纖維所吸附的結(jié)構(gòu)瀝青形成了結(jié)構(gòu)瀝青網(wǎng)，使結(jié)構(gòu)瀝青與礦料間的界面作用更強(qiáng)烈，有利于混合料的水穩(wěn)性提高。

纖維摻量為0.3%和0.4%時(shí)瀝青混合料的水穩(wěn)性改善最為顯著，較未摻纖維混合料提高了12.4%。其比例達(dá)到0.4％后繼續(xù)增加摻量，瀝青混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比呈下降趨勢(shì)。這主要是隨著纖維摻量的增加，瀝青用量會(huì)隨之提高，混合料中自由瀝青也將不斷增加，纖維摻量增加到0.5%時(shí)，瀝青混合料中已存在過(guò)量的自由瀝青。而本次試驗(yàn)采用的粗集料吸水率較大，在凍融循環(huán)過(guò)程中，部分自由瀝青進(jìn)入集料孔隙中，造成混合料的空隙率增大；此外，由于纖維和瀝青在低溫下溫縮變形的不協(xié)調(diào)性，擴(kuò)大了瀝青混合料空隙的體積。纖維瀝青混合料空隙率增大后，經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)過(guò)程，混合料的強(qiáng)度因此減弱，也使得凍脹破壞作用進(jìn)一步強(qiáng)化，混合料所受到的凍脹破壞作用更明顯，造成纖維瀝青混合料的抗劈裂強(qiáng)度降低。

4 礦物纖維瀝青混合料力學(xué)特性

瀝青混合料的力學(xué)特性如抗壓強(qiáng)度、抗壓回彈模量、劈裂抗拉強(qiáng)度等是進(jìn)行瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的重要參數(shù)，將直接影響到路面結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)厚度和使用壽命。為了進(jìn)一步分析礦物纖維加入后對(duì)瀝青混合料力學(xué)特性的影響，通過(guò)瀝青混合料單軸壓縮試驗(yàn)（T0713-2000）和瀝青混合料劈裂試驗(yàn)（T0716-1993）[5]分別對(duì)礦物纖維瀝青混合料的抗壓回彈模量和瀝青混合料劈裂抗拉強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

由表7中的試驗(yàn)結(jié)果表明：

摻加纖維混合料的抗壓回彈模量均有所增加，以摻量0.3%和0.4%時(shí)混合料的抗壓回彈模量為最高，較未摻加的混合料高出15.4%；隨著纖維摻量的繼續(xù)增加，抗壓回彈模量呈減小趨勢(shì)，這主要是因?yàn)榈V物纖維的加入吸收了瀝青的部分輕質(zhì)油分，使瀝青膠漿的粘結(jié)力增大，當(dāng)纖維摻量增加到一定程度后，瀝青膠漿的粘性逐漸減弱，即礦料間的粘結(jié)力降低，瀝青混合料發(fā)生松散，強(qiáng)度降低，從而增加了混合料中的微裂縫，使瀝青混合料的抗壓回彈模量減小。

摻加礦物纖維后瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度得到一定提高，除了依靠礦物纖維對(duì)瀝青的增粘作用來(lái)提高其強(qiáng)度外，纖維對(duì)瀝青混合料的復(fù)合加筋作用較纖維摻量增加的不利影響更有利于其劈裂強(qiáng)度的提高，因此，與未摻加纖維的瀝青混合料相比，最大纖維摻量時(shí)的劈裂抗拉強(qiáng)度提高了11.7%左右，說(shuō)明摻加礦物纖維對(duì)提高瀝青混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度是有利的。

5 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合南方濕熱地區(qū)的水文、氣候特征，通過(guò)對(duì)礦物纖維瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和力學(xué)特性進(jìn)行綜合研究，可以得到以下結(jié)論：

由于礦物纖維對(duì)瀝青的吸持能力，使瀝青混合料從未摻加纖維到摻量為0.5%時(shí)，摻量每增加0.1%，最佳瀝青用量依次增加0.1%。

礦物纖維摻量為0.5%時(shí)的動(dòng)穩(wěn)定度提高幅度最大，是未摻加纖維的1.2倍，而摻量為0.3%、0.4%時(shí)，其動(dòng)穩(wěn)定度也分別增加了2.6%和13.9%，表明礦物纖維對(duì)瀝青混合料的抗車轍能力有明顯的改善。此外，礦物纖維的摻入對(duì)減小瀝青混合料的早期壓密變形也有一定程度的貢獻(xiàn)。

合理的礦物纖維摻量可有效改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性，其中以0.3%和0.4%摻量時(shí)的水穩(wěn)性改善最為顯著，若繼續(xù)增加摻量，瀝青混合料的水穩(wěn)定性呈下降趨勢(shì)。

摻加礦物纖維可在一定程度上改善瀝青混合料的力學(xué)特性，其中以摻量為0.3%和0.4%時(shí)的抗壓回彈模量最高，較未摻加時(shí)高出15.4%；而劈裂抗拉強(qiáng)度最大可提高11.7%左右；但隨著纖維摻量的繼續(xù)增加，抗壓回彈模量呈減小趨勢(shì)。

通過(guò)綜合分析不同礦物纖維摻量瀝青混合料的路用性能和力學(xué)特性，礦物纖維瀝青混合料中纖維的最佳摻量宜為0.3～0.4%。

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