周陽(yáng)陽(yáng) 張哲安 范容雪 鐘雅妮 朱嘉煒

（ 揚(yáng)州大學(xué) 建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州225127）

1 概述

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路交通向大流量、大軸載、渠化交通方向發(fā)展[1]，交通量和軸載組成的變化會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)有瀝青路面提早損壞。國(guó)內(nèi)外相當(dāng)大部分的瀝青路面并未達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限就出現(xiàn)了不同種類的病害，包括車轍變形和水損害等，國(guó)內(nèi)外[2-3]對(duì)此類病害的原因和機(jī)理進(jìn)行了大量的研究。

Matias M[4]等采用漢堡車輪跟蹤裝置破壞性試驗(yàn)分析不同瀝青混凝土（AC）混合物中級(jí)配的影響，并在不同溫度和不同空氣含量范圍內(nèi)進(jìn)行研究。劉志華[5]研究在AC-13C、SMA-13 瀝青混合料中摻加聚酯纖維和玄武巖纖維的各項(xiàng)路用性能發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行車轍試驗(yàn)時(shí)纖維的加筋作用可提升瀝青混合料的高溫性能，且玄武巖纖維更優(yōu)。劉金鳳[6]等通過分析木質(zhì)素纖維、玄武巖纖維、聚酯纖維3 種纖維的不同摻量對(duì)瀝青膠漿高溫性能的影響，并通過與瀝青混合料的車轍試驗(yàn)相關(guān)性分析，驗(yàn)證纖維瀝青膠漿對(duì)混合料高溫性能的影響，發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維對(duì)瀝青膠漿及瀝青混合料的高溫性能改善效果最優(yōu)。國(guó)內(nèi)研究學(xué)者[7-8]評(píng)價(jià)纖維瀝青混合料的高溫性能多采用車轍試驗(yàn)，但瀝青路面的工作狀態(tài)是在水、溫度和荷載綜合重復(fù)作用下進(jìn)行的，漢堡車轍試驗(yàn)更符合路面實(shí)際服役情況，可以較好評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫抗車轍性能。

本文主要通過改變水浴溫度、試驗(yàn)環(huán)境對(duì)是否摻加玄武巖纖維的Superpave 瀝青混合料進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)，分析對(duì)瀝青混合料高溫性能的影響。

2 原材料與級(jí)配設(shè)計(jì)

2.1 原材料

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》、《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》等相關(guān)規(guī)范對(duì)原材料性能進(jìn)行檢測(cè)。

2.1.1 SBS 改性瀝青

瀝青選用SBS 改性瀝青（表1）。

2.1.2 粗、細(xì)集料

粗細(xì)集料選用石灰?guī)r，要求粗細(xì)集料潔凈、干燥、無(wú)風(fēng)化且不含雜質(zhì)（表2）。

2.1.3 礦粉

填料選用石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉，要求礦粉潔凈、干燥，能自由流（表3）。

2.1.4 玄武巖纖維

玄武巖纖維（Basalt fiber，BF）選用江蘇天龍生產(chǎn)的9mm 短切玄武巖纖維（表4）。

表1 SBS 改性瀝青主要技術(shù)指標(biāo)

表2 粗、細(xì)集料主要技術(shù)指標(biāo)

表3 礦粉主要技術(shù)指標(biāo)

2.2 礦料級(jí)配設(shè)計(jì)

選用Sup-20 級(jí)配瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，各篩孔通過率如表5 所示，其馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果如表6 所示。依據(jù)前期研究[9]，纖維瀝青混合料中摻的玄武巖纖維長(zhǎng)度為9mm，摻量為0.3%或0.4%較適宜。

表4 玄武巖纖維主要技術(shù)指標(biāo)

3 試驗(yàn)方法及分析

3.1 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用輪碾法成型320mm×260mm×40mm（長(zhǎng)×寬×厚）的板式試件[10]，試件成型后將試件在室溫下冷卻48h 后脫模[11]。當(dāng)水浴及空氣浴加熱到試驗(yàn)要求溫度后，將板塊試件放入固定容器中進(jìn)行試驗(yàn)，延時(shí)30min 確保試件內(nèi)部溫度達(dá)到溫度要求開始輪碾試驗(yàn)，車輪行駛速度52 次/min，車輪荷載0.7MPa，荷載作用次數(shù)達(dá)到20000次時(shí)停止試驗(yàn)[12]，分析其試驗(yàn)結(jié)果。

試驗(yàn)通過車轍深度變化曲線中剝落變形拐點(diǎn)（SIP）和最大車轍深度這兩個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗車轍變形能力。在車輪碾壓持續(xù)進(jìn)行的過程中，車轍深度先緩慢變化（蠕變階段）后迅速增大（剝落階段），最終達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定停止次數(shù)，得出最大車轍深度。其中剝落變形拐點(diǎn)為蠕變階段和剝落階段曲線的切線交點(diǎn)。

表5 瀝青混合料設(shè)計(jì)級(jí)配

表6 瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)

3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.2.1 水浴溫度

在其它試驗(yàn)條件不變的情況下，選取水浴溫度40℃到60℃，分析評(píng)價(jià)瀝青混合料抗車轍性能，其試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。由圖1 可以看出，在各水浴溫度下，摻加玄武巖纖維的瀝青混合料其剝落變形拐點(diǎn)大于未摻玄武巖纖維的瀝青混合料，最大車轍深度小于未摻的，結(jié)果表明瀝青混合料摻加玄武巖纖維之后抗車轍變形能力有所提高。在水浴溫度升高的情況下，摻與未摻玄武巖纖維的兩種瀝青混合料的剝落變形拐點(diǎn)隨溫度升高減小，最大車轍深度隨溫度升高增大，結(jié)果表明在溫度升高的情況下瀝青混合料的抗車轍變形能力有所下降。是因?yàn)樵谒囟壬叩那闆r下，瀝青黏結(jié)作用被削弱，集料間的嵌擠力下降，從而使得瀝青混合料的抗車轍變形能力下降。

3.2.2 試驗(yàn)環(huán)境

在其它試驗(yàn)條件不變的情況下，選取試驗(yàn)環(huán)境水浴和空氣浴60℃，分析評(píng)價(jià)瀝青混合料抗車轍性能，其試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

由圖2 可以看出，有水環(huán)境下瀝青混合料的抗車轍變形能力有所下降，水的加入加速了瀝青路面病害的發(fā)生。這是由于在浸水條件下，瀝青與集料之間的黏附性降低，降低了瀝青混合料的黏結(jié)強(qiáng)度，從而導(dǎo)致瀝青混合料的抗車轍變形能力有所下降。

4 結(jié)論

通過試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維可以較為顯著地提高瀝青混合料的高溫性能，對(duì)瀝青混合料車轍病害在一定程度上起到延緩發(fā)展的作用與效果。因此，對(duì)于我國(guó)的重載交通路段以及其它對(duì)路面抗車轍變形能力要求較高的相關(guān)路段，推薦使用玄武巖纖維瀝青混合料，從而起到延緩車轍病害發(fā)展的作用。

圖1 不同水浴溫度下的試驗(yàn)結(jié)果（剝落拐點(diǎn)、最大車轍深度）

圖2 不同試驗(yàn)環(huán)境下的試驗(yàn)結(jié)果（剝落拐點(diǎn)、最大車轍深度）