山宏宇 葉 青 王燕芳

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽 550081）

0 引 言

瀝青瑪蹄脂碎石路面（SMA），具有良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性，以及水穩(wěn)定性，近年來廣泛應(yīng)用在高等級(jí)路面的修筑.在我國，修筑SMA路面一般都需要添加一定量的纖維起到加筋、吸附瀝青、穩(wěn)定和增粘等作用［1－2］.SMA 常用的纖維有聚酯纖維和木質(zhì)素纖維，但聚酯纖維因?yàn)槠鋵Νh(huán)境的污染性已逐漸被淘汰.隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)工作者發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素纖維由于其自身分子結(jié)構(gòu)有著不可克服的弱點(diǎn)，如吸水率高、拉伸強(qiáng)度低、不耐高溫等.因此公路建設(shè)者開始把眼光投向性能更穩(wěn)定，耐久性更好的礦物纖維身上——玄武巖纖維.

目前，木質(zhì)素纖維是貴州省內(nèi)高速公路路面SMA混合料常用的纖維材料，而玄武巖纖維省內(nèi)暫無使用案例.

1 玄武巖纖維與木質(zhì)素纖維主要技術(shù)性能對比

木質(zhì)素纖維與玄武巖纖維的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)參數(shù)見表1.

表1 玄武巖纖維與木質(zhì)素纖維的主要技術(shù)性指標(biāo)

由表1可見：（1）木質(zhì)素纖維混合料比玄武巖纖維混合料瀝青用量大，這些瀝青吸收在木質(zhì)素的中空管中，而被吸入木質(zhì)素纖維內(nèi)部的瀝青既不增加瀝青油膜的厚度，也不提高路面的強(qiáng)度，相反使瀝青用量增加；（2）玄武巖纖維耐高溫、耐老化，有利于瀝青混合料的再生利用，而木質(zhì)素纖維則有可能在使用過程中老化，且在再生過程中燃燒成灰塵；（3）穩(wěn)定性好，木質(zhì)素纖維的彈性模量為3.5GPa，而玄武巖纖維彈性模量高達(dá)95 GPa，可見玄武巖纖維的抗變形能力很強(qiáng)，耐潮濕，穩(wěn)定性好，有利于運(yùn)輸和儲(chǔ)存［3－5］.

2 玄武巖纖維與木質(zhì)素纖維混合料路用性能對比

本文通過瀝青混合料車轍試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)和浸水馬歇爾試驗(yàn)、對玄武巖纖維SMA－13混合料和木質(zhì)素纖維SMA－13混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)研究并分析對比其性能.

2.1 高溫車轍試驗(yàn)結(jié)果及分析

車轍是指瀝青路面在汽車荷載反復(fù)作用下豎直方向產(chǎn)生永久變形的積累，這種變形主要發(fā)生在高溫季節(jié)，2種纖維瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果對比見表2.

表2 車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果

由表2可見，玄武巖纖維對SMA－13混合料動(dòng)穩(wěn)定度的改善要強(qiáng)于木質(zhì)素纖維，這是由于玄武巖纖維本身在瀝青混合料中的分布沒有一定規(guī)律，屬于無定向的雜亂分布，通過吸收瀝青，發(fā)生物理作用，體積增大，導(dǎo)致了纖維之間的相互搭接，由于玄武巖纖維在瀝青混合料中起到更好的“橋架”和“加筋”作用，有利于提高瀝青粘滯性和增大瀝青彈性模量，從而更有效了延緩了混合料的流動(dòng)變形［6－7］，故瀝青路面的抗車轍能力方面玄武巖纖維瀝青混合料要強(qiáng)于木質(zhì)素纖維瀝青混合料.

2.2 抗水損害試驗(yàn)結(jié)果及分析

瀝青路面的水損害問題成為瀝青路面的主要病害之一.按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20－2011）的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對2種纖維瀝青混合料采用浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)來評價(jià)其水穩(wěn)定性.試驗(yàn)結(jié)果見表3～4.

由表3～4可知，在SMA－13結(jié)構(gòu)中，除了玄武巖纖維摻量為0.1%的SMA－13混合料水損害性能較低外，其余各摻量的玄武巖纖維瀝青混合料比木質(zhì)素纖維瀝青混合料在凍融劈裂強(qiáng)度比方面分別提高了5.9%和7.1%，這表明玄武巖纖維瀝青混合料比木質(zhì)素纖維瀝青混合料更能提高混合料的抗水損害性能.主要原因?yàn)閾饺胄鋷r纖維后，由于玄武巖纖維材質(zhì)為玄武巖，其表面的堿性特質(zhì)相當(dāng)于在瀝青中加入了抗剝落材料增強(qiáng)了與瀝青的粘附能力，又由于玄武巖纖維增加了瀝青和集料之間的粘聚力，防止了水分進(jìn)入混合料和瀝青－集料的界面，避免了瀝青和集料的脫落，從而能較好的提高瀝青混合料的抗水損害性能［8］.

表3 浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

表4 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

3 玄武巖纖維的應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 玄武巖纖維的應(yīng)用情況

目前，玄武巖纖維只在國內(nèi)其他省份應(yīng)用過（見表5），在貴州省還沒有進(jìn)行過實(shí)體工程的應(yīng)用，只有部分研究人員在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了玄武巖纖維瀝青混合料相關(guān)性能的試驗(yàn)研究.

表5 玄武巖纖維工程應(yīng)用情況

通過對實(shí)體工程進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，玄武巖纖維瀝青混合料路面至今為止表現(xiàn)出了較好的路面性能，對實(shí)體測定的各項(xiàng)指標(biāo)都符合要求，自通車以來，路面損害不管在高低溫?fù)p害或者水損害方面都相對較少.

3.2 玄武巖纖維經(jīng)濟(jì)性分析

通過調(diào)研得到原材料的市場平均價(jià)格：SBS改性瀝青價(jià)格為6 800元／t，玄武巖為320元／m3，通過計(jì)算得出的合成級(jí)配礦料價(jià)格約480元／t，玄武巖纖維價(jià)格為21 000元／t，木質(zhì)素纖維的價(jià)格為5 900元／t（以上價(jià)格均為原材料供應(yīng)商在貴州地區(qū)銷售參考價(jià)）.

一般摻入木質(zhì)素纖維SMA－13混合料的最佳油石比為5.9%，最佳纖維摻量為0.3%；摻入玄武巖纖維SMA－13混合料的最佳玄武巖纖維摻量為0.40%，油石比6.06%，由此可計(jì)算出木質(zhì)素纖維SMA－13混合料價(jià)格為2 173元／m3，玄武巖纖維SMA－13價(jià)格為2 363元／m3，兩者相差190元／m3.

4 結(jié) 論

1）從現(xiàn)階段國內(nèi)外研究成果和工程應(yīng)用情況可知，在瀝青混合料中摻入纖維可有效改善瀝青混合料路面的各項(xiàng)性能，特別是當(dāng)前SMA混合料占路面表面層主導(dǎo)地位的情況下，纖維穩(wěn)定劑的摻入是非常有必要的.

2）通過對比玄武巖纖維與木質(zhì)素纖維技術(shù)參數(shù)和瀝青混合料性能可知，在SMA－13混合料中摻入玄武巖纖維比摻入木質(zhì)素纖維更能改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性.

3）通過對玄武巖纖維混合料的經(jīng)濟(jì)性分析可知，建設(shè)期玄武巖纖維瀝青混合料路面的成本高于木質(zhì)素纖維瀝青混合料路面.

4）由于玄武巖纖維從未在貴州省瀝青路面工程中應(yīng)用過，所以，還需進(jìn)一步通過室內(nèi)試驗(yàn)和試驗(yàn)路鋪筑來驗(yàn)證其在貴州省應(yīng)用的可行性.

［1］于 斌.纖維瀝青膠漿流變特性及纖維瀝青混合料路用性能研究［D］.西安：長安大學(xué)，2009.

［2］廖芳齡，許婷婷，錢 瑋.玄武巖纖維瀝青混凝土技術(shù)性能研究［J］.中外公路，2012（6）：320－325.

［3］湯寄予.纖維瀝青混合料組成與性能試驗(yàn)研究［D］.鄭州：鄭州大學(xué)，2013.

［4］劉克非.不同纖維對SMA路用性能的影響［J］.長安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，31（4）：16－20.

［5］胡志釗，陳 州.纖維瀝青膠漿及瀝青混合料路用性能試驗(yàn)研究［J］.公路工程，2014，39（4）：124－127.

［6］韋佑坡.玄武巖纖維在瀝青混合料中的作用機(jī)理［J］.長安大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，32（2）：39－44.

［7］鐘明鍵，彭響蘭.玄武巖纖維增強(qiáng)瀝青混合料性能試驗(yàn)研究［J］.公路工程，2013，38（5）：157－160.

［8］王 安.玄武巖纖維SMA－13的路用性能研究與應(yīng)用［D］.長沙：長沙理工大學(xué)，2013.