曾昊星 吳林學(xué)

（河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000）

1 玄武巖纖維的性能特點(diǎn)

玄武巖纖維（GBF）是以天然玄武巖礦石為原料在1450～1500℃熔融后，通過(guò)噴絲板拉伸而成的礦物纖維，技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合施工規(guī)定要求。

纖維的吸濕性能對(duì)纖維增強(qiáng)瀝青混凝土具有重要意義。吸濕性大的纖維不僅存放時(shí)易吸水結(jié)團(tuán)降低拌合分散性，還會(huì)使纖維瀝青界面產(chǎn)生濕脹，造成瀝青混凝土的水損害。精確稱(chēng)量?jī)煞?00g GBF纖維，在105℃的烘箱里放置4h，烘干至恒重，冷卻后稱(chēng)量烘干后纖維的質(zhì)量，測(cè)定其平均吸水率為0.125%，符合規(guī)范小于5%的要求。

纖維的吸油性能反映了纖維吸持瀝青的能力。吸油率高表明纖維與瀝青的相容性好，有利于防止瀝青在高溫條件下發(fā)生析漏現(xiàn)象，提高混合料的高溫穩(wěn)定性。采用網(wǎng)籃試驗(yàn)測(cè)定GBF吸油率：精確稱(chēng)量?jī)煞?g GBF纖維，放置在漏勺上（漏勺的孔徑要保持不能漏掉纖維），一起放入煤油中完全浸潤(rùn)5min后取出，手動(dòng)上下抖動(dòng)50次后（抖動(dòng)過(guò)程中保持速度和幅度的穩(wěn)定）稱(chēng)量其質(zhì)量，測(cè)得GBF吸油率平均為纖維質(zhì)量的4倍。

路用纖維必須具有足夠的高溫耐熱性，以保證在拌和、運(yùn)輸及攤鋪工程中性能不會(huì)大幅下降。玄武巖纖維的高溫穩(wěn)定性非常好，在600℃烘箱中放置2h后測(cè)得的強(qiáng)度為常溫下強(qiáng)度的95%，保持了很好的力學(xué)完整性。

2 玄武巖纖維增強(qiáng)瀝青混凝土性能試驗(yàn)檢測(cè)要點(diǎn)

瀝青混凝土的路用性能試驗(yàn)主要包括高溫試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)及水穩(wěn)定性試驗(yàn)。采用AC-16級(jí)配，玄武巖纖維摻量0.3%，進(jìn)行玄武巖纖維瀝青混凝土的路用性能試驗(yàn)，并與不摻加玄武巖纖維的普通瀝青混凝土進(jìn)行對(duì)比分析。

2.1 高溫車(chē)轍試驗(yàn)

車(chē)轍的出現(xiàn)不僅降低了路面的平整度，而且危及到行車(chē)的穩(wěn)定性，當(dāng)車(chē)轍達(dá)到一定深度時(shí)，由于車(chē)轍槽內(nèi)積水，極易造成汽車(chē)漂移而導(dǎo)致交通事故發(fā)生.車(chē)轍病害的引發(fā)，加劇了路面的早期破壞，車(chē)轍導(dǎo)致行車(chē)舒適性、安全性下降，對(duì)行車(chē)安全構(gòu)成威脅，會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失和廣泛的不良社會(huì)影響。

試件規(guī)格尺寸為300mm×300mm×50mm，成型試件的密度符合馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試件密度100±1%的要求。

車(chē)轍試驗(yàn)溫度為60℃，試驗(yàn)中采用鋼制輪胎，外徑a=200mm，輪寬b=50mm，輪壓為0.7MPa，試驗(yàn)過(guò)程中鋼輪行進(jìn)的距離為230mm±10mm，往返碾壓速度為42次/min±1次/min。試驗(yàn)過(guò)程中試件必須保溫足夠長(zhǎng)時(shí)間，以確保試件內(nèi)部溫度一致。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析可得結(jié)果如表1所示。

表1 瀝青混凝土車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

由此可見(jiàn)，在AC-16結(jié)構(gòu)中，玄武巖纖維瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，動(dòng)穩(wěn)定度提高了730次/mm，提高率達(dá)到了88%，這說(shuō)明玄武巖纖維對(duì)于提高瀝青路面抗車(chē)轍能力作用顯著。

2.2 低溫抗裂試驗(yàn)

裂縫是瀝青路面的一種重要病害形式，許多新建瀝青路面在建成早期便出現(xiàn)路面開(kāi)裂情況。瀝青路面產(chǎn)生裂縫后，導(dǎo)致滲水，危害面層和基層。由于水份不斷從裂縫進(jìn)入基層，可導(dǎo)致路基軟化致使路面承載力下降，使路面損壞程度逐漸加大，極大的影響了瀝青路面的使用年限。

試件規(guī)格尺寸為300mm×300mm×50mm，試件成型后在室溫條件下放置16h后脫模，再將車(chē)轍試件切割成7個(gè)250mm×30mm×35mm的棱柱體小梁試件，然后在MTS-810試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn).試驗(yàn)溫度為-10℃，加載速率為50mm/min。通過(guò)試驗(yàn)可得結(jié)果如表2所示。

表2 瀝青混凝土低溫小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果

在AC-16結(jié)構(gòu)中，玄武巖纖維瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，彎拉應(yīng)變提高了7.6%，勁度模量提高了1118MPa，提高了41.7%，這表明玄武巖纖維瀝青混凝土具有較好的抵抗低溫開(kāi)裂性能。

2.3 水穩(wěn)定性試驗(yàn)

瀝青路面的水損壞是瀝青路面的早期損壞主要形式之一，瀝青混合料在水的作用下油石剝離，瀝青路面結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度降低。

2.3.1 浸水馬歇爾試驗(yàn)

根據(jù)公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程，浸水馬歇爾試驗(yàn)的試驗(yàn)方法為：將成型好的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件分成2組，一組在60℃恒溫水槽中保溫30～40min后測(cè)其馬歇爾穩(wěn)定度MS；另一組在60℃恒溫水槽中保溫48h后測(cè)其馬歇爾穩(wěn)定度MS1，由下式計(jì)算浸水殘留穩(wěn)定度MS0。

式中：MS0為試件的浸水殘留穩(wěn)定度，%；MS為試件的穩(wěn)定度，KN；MS1為試件浸水48h后的穩(wěn)定度，KN。

通過(guò)試驗(yàn)所得結(jié)果如表3所示。

表3 瀝青混凝土浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

在AC-16結(jié)構(gòu)中，玄武巖纖維瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，穩(wěn)定度和浸水穩(wěn)定度均有所提高，分別提高了5.8%和18.4%，玄武巖纖維瀝青混凝土的殘留穩(wěn)定度提高了12%，說(shuō)明玄武巖纖維瀝青混凝土比普通瀝青混凝土具有更好的抗水損壞能力。

2.3.2 凍融劈裂試驗(yàn)

凍融劈裂試驗(yàn)的方法為將成型好的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件分成2組，一組在25℃恒溫水槽中浸水不少于2h后測(cè)其最大破壞荷載RT1；另一組在98.3～98.7kPa真空條件下飽水15min，然后恢復(fù)常壓，試件在水中放置0.5h，再在-18℃冰箱中冷凍16h，然后放到60℃恒溫水槽中浸水24h，再放入25℃恒溫水槽中不少于2h后測(cè)其最大破壞荷載RT2。凍融劈裂抗拉強(qiáng)度比按下式計(jì)算：

式中：TSR為凍融劈裂試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度比，%；RT1為未凍融劈裂強(qiáng)度Mpa；RT2為凍融劈裂強(qiáng)度，Mpa。

通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)可得如下結(jié)果：玄武巖纖維瀝青RT1為1.12Mpa，RT2為1.1Mpa，TSR為98.2%。

普通瀝青混凝土RT1為0.91Mpa，RT2為0.80Mpa，TSR為87.9%。

在AC-16結(jié)構(gòu)中，玄武巖纖維瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，未凍融劈裂強(qiáng)度及凍融劈裂強(qiáng)度均有所提高，分別提高了23.1%和37.5%，這反映了纖維對(duì)于瀝青混凝土抗拉強(qiáng)度的“加筋”增強(qiáng)效果.玄武巖纖維瀝青混凝土的凍融劈裂試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度比達(dá)到了98%，說(shuō)明在水分作用下強(qiáng)度損失很少，具有很高的抗水損壞作用。

選擇AC-16，以普通瀝青為依托，玄武巖纖維摻量0.3%，通過(guò)試驗(yàn)得到以下結(jié)論：

第一，在高溫穩(wěn)定性方面，玄武巖纖維瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，動(dòng)穩(wěn)定度提高.

第二，在低溫抗裂性方面，玄武巖纖維瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，彎拉應(yīng)變提高.

第三，在抗水損壞性方面，玄武巖纖維瀝青混凝土與普通瀝青混凝土相比，穩(wěn)定度和浸水穩(wěn)定度均有所提高，殘留穩(wěn)定度提高.未凍融劈裂強(qiáng)度及凍融劈裂強(qiáng)度均有所提高，凍融劈裂試驗(yàn)抗拉強(qiáng)度比達(dá)到了98%。

由此可見(jiàn)，玄武巖纖維瀝青混凝土具有良好的路用性能。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，有很多種類(lèi)的材料已經(jīng)作為增強(qiáng)材料得到了應(yīng)用，纖維和聚合物就是其中重要的兩種。然而，針對(duì)瀝青改性的諸多材料之中，纖維因其優(yōu)良的改善效果受到了廣泛關(guān)注。本文詳細(xì)對(duì)玄武巖 纖維增強(qiáng)瀝青混凝土性能檢測(cè)進(jìn)行了分析，由此得出纖維增強(qiáng)對(duì)瀝青混凝土路用性能具有良好的改善效果。