文/廣東冠粵路橋有限公司 劉志華

近年來，我國高溫多雨地區(qū)的新建高速公路瀝青路面容易出現(xiàn)裂縫、坑槽、抗滑性能衰減較快等早期病害，對出行安全及行車舒適性造成了不利的影響，瀝青混合料是造成早期病害最為顯著的因素。為了改善瀝青混合料的路用性能，減少路面早期病害的發(fā)生，本文采用高溫抗車轍試驗、低溫劈裂試驗、凍融劈裂試驗和表面構造深度試驗，通過實驗研究了摻加聚酯纖維和玄武巖纖維的AC-13C、SMA-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和抗滑性，并分析了其作用機理，并對每種纖維的適用場合及特點進行了分析。

原材料技術指標及要求

集料采用玄武巖，瀝青為SBS改性瀝青，技術指標均滿足相關規(guī)范及標準。選用的SBS改性瀝青、玄武巖纖維及聚酯纖維材料的檢測結果如表1、表2所示。

試驗方案

表3為AC-13C和SMA-13兩種常用級配，驗證兩種纖維對瀝青混合料路用性能的改善效果。兩種纖維摻量均為0.2%，設置不摻加纖維瀝青混合料的性能為對照組，共進行4組試驗，每組試驗進行5個平行試驗，取平均值為最終結果。

表1 SBS改性瀝青的性能指標

鑒于混合料油石比相差較小，因此忽略油石比變化對瀝青混合料路用性能的影響，每組試驗的油石比如表4所示。

試驗結果與分析

高溫穩(wěn)定性能

不同纖維種類、不同纖維摻量的瀝青混合料的高溫抗車轍性能試驗結果如表5所示。

由表5可知，玄武巖纖維和聚酯纖維均可以有效提高兩種混合料的動穩(wěn)定度，與不添加纖維的混合料相比，添加玄武巖纖維后的AC-13C和SMA-13混合料的動穩(wěn)定度分別提高了43.7%和28.6%，摻加聚酯纖維后動穩(wěn)定度分別提高了31.4%和11.9%，表明玄武巖纖維對瀝青混合料高溫性能的提升作用更加明顯，且瀝青瑪蹄脂瀝青混合料高溫穩(wěn)定性明顯優(yōu)于密級配瀝青混合料。

玄武巖纖維與聚酯纖維均能提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性能，主要原因是由于纖維具有加筋作用，且可增強混合料內(nèi)部抗拉作用，消耗或緩解部分行車荷載傳遞的應力。而聚酯纖維在改善兩種混合料高溫穩(wěn)定性中均遜于玄武巖纖維，是由于玄武巖纖維的平均長度和直徑均小于聚酯纖維，可以更好地吸附瀝青，使混合料內(nèi)部的纖維更加均勻分散，并且有助于形成更加均勻的空間網(wǎng)狀結構。

低溫抗裂性能

不同纖維種類、不同纖維摻量的瀝青混合料的低溫抗裂性能試驗結果如表6所示。

由表6可知，兩種纖維的添加，均可以有效改善兩種混合料的低溫抗裂性，與不添加纖維相比，添加玄武巖纖維后AC-13C和SMA-13瀝青混合料的低溫抗裂性能分別提高了12.0%、18.1%，摻加聚酯纖維之后，低溫抗裂性能提高的程度分別為6.6%和12.9%，即玄武巖纖維作用效果更加顯著。在相同條件下，AC-13C瀝青混合料的低溫抗裂性均優(yōu)于SMA-13混合料，這表明礦料級配是影響混合料低溫抗裂性的主導因素。纖維的添加，在混合料內(nèi)部形成良好的空間網(wǎng)狀結構，增強材料的彈性，提高集料間的黏結力，從而防治和延緩裂縫的進一步延伸。

表2 玄武巖纖維和聚酯纖維的技術指標

表3 級配組成

表4 每組試驗對應的油石比

表5 瀝青混合料車轍試驗結果

表6 低溫劈裂試驗結果

表7 瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

表8 表面構造深度測定結果

水穩(wěn)定性能

不同纖維種類、不同纖維摻量的瀝青混合料的凍融劈裂試驗結果如表7所示。

據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析得出，SMA-13混合料的水穩(wěn)定性均優(yōu)于AC-13C混合料，這主要是由于瀝青瑪蹄脂混合料中粗集料起到良好的骨架作用，在車輛荷載作用下，能夠有效防治和緩解瀝青路面出現(xiàn)車轍、坑槽等病害。在改善兩種瀝青混合料水穩(wěn)定性方面，聚酯纖維作用效果均遜于玄武巖纖維，主要是玄武巖纖維的平均長度和直徑均小于聚酯纖維，在拌和條件下所產(chǎn)生的瀝青膠漿更加連續(xù)、均勻，并能夠和粗骨料更好的銜接。因此，玄武巖纖維能夠有效改善高溫多雨地區(qū)瀝青路面的水穩(wěn)定性。

抗滑性能

采用人工鋪砂法來對混合料試件表面的構造深度（TD）進行測試，將其作為抗滑性能的衡量指標，試驗結果如表8所示。

由表8可知，未添加纖維的兩種瀝青混合料，其構造深度在同種級配混合料中均為最大值，添加玄武巖纖維后AC-13C和SMA-13混合料的表面構造深度分別降低了6.6%、5.8% ，添加聚酯纖維后則分別降低了9.8%、2.9%，以上數(shù)據(jù)表明，纖維的添加將影響瀝青混合料表面構造深度，并出現(xiàn)了混合料抗滑性降低的情況。出現(xiàn)這種情況是因為纖維的添加，使得結構瀝青的比例增加，并且在和細集料混合之后，粗集料會被包裹，繼而混合料的表面結構深度變淺。通過上述的試驗可以發(fā)現(xiàn)，AC-13C混合料的表面構造深度要明顯的比SMA-13低，因此，在路面的上層選取上，添加聚酯纖維的SMA-13混合料更為合適，將更加有助于改善多雨地區(qū)的路面抗滑性。

結語

通過試驗可知，添加纖維之后可以有效地改善瀝青混合料的路用性能，減少路面早期病害的產(chǎn)生；在改善混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂和水穩(wěn)定性方面，聚酯纖維均差于玄武巖纖維；相比玄武巖纖維，聚酯纖維對SMA-13瀝青混合料的表面構造深度影響較??；建議在瀝青路面的中下面層添加玄武巖纖維來提高瀝青混合料的路用性能，在上面層添加聚酯纖維來改善瀝青路面行車安全性和使用壽命。