蘇 靜

(溫州華晟道路橋梁設(shè)計(jì)研究有限公司，浙江 溫州 325000)

0 引 言

道路材料的發(fā)展隨公路的發(fā)展而快速推進(jìn)，我國(guó)對(duì)纖維材料的研究較為深入，尤其是作為外加劑摻入到瀝青混合料中。所用的外加劑是玄武巖纖維，該纖維經(jīng)特殊工藝加工而成，纖維通過(guò)將瀝青中的油份吸附掉來(lái)增加與瀝青的粘結(jié)效果。且該材料抗拉強(qiáng)度比其他纖維高很多，對(duì)瀝青混合料起到了加強(qiáng)的效果。該種纖維的特性可總結(jié)成：明顯改善混合料的性能，施工簡(jiǎn)單且環(huán)保。

1 原材料試驗(yàn)及配合比設(shè)計(jì)

采用的瀝青材料為SBS改性瀝青和70#基質(zhì)瀝青，纖維采用兩種類(lèi)型，一種為普通纖維另一種為新型纖維，通過(guò)對(duì)玄武巖纖維進(jìn)行指標(biāo)分析得到該材料具有良好地抗拉強(qiáng)度和耐高溫性能，新型的玄武巖纖維具有較高的吸油率，兩種纖維在進(jìn)行拌和時(shí)均不發(fā)生碳化。選取的混合料級(jí)配分別為SMA-13和AC-16兩種。通過(guò)油石比試驗(yàn)確定AC-16摻加普通纖維的油石比為4.98%；AC-16摻加新型纖維的油石比為5.5%；SMA-13摻加普通纖維的油石比為6.0%；AC-16摻加新型纖維的油石比為6.3%。

2 瀝青混合料路用性能分析

2.1 高溫性能分析

(1)高溫評(píng)價(jià)指標(biāo)

進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)時(shí)，選取DS(動(dòng)穩(wěn)定度)作為材料的高溫評(píng)價(jià)指標(biāo)。當(dāng)動(dòng)穩(wěn)定度數(shù)值增大時(shí)，表明材料的高溫穩(wěn)定性增加。動(dòng)穩(wěn)定度的公式如下所示

DS=(t2-t1)×N×C1×C2/(d2-d1)

式中：DS指評(píng)價(jià)指標(biāo)動(dòng)穩(wěn)定度；t1和t2表示獲取車(chē)轍數(shù)據(jù)的時(shí)刻；d1和d2表示該時(shí)刻的車(chē)轍深度。C1和C2表示試驗(yàn)常數(shù)；N=42次/min。

(2)車(chē)轍試驗(yàn)

本文所研究的車(chē)轍試驗(yàn)是以輪載壓力P=0.7 MPa為前提，對(duì)添加新型玄武巖纖維、不加外摻劑劑、普通玄武巖纖維幾種瀝青混合料類(lèi)型進(jìn)行60 ℃、70 ℃、80 ℃高溫車(chē)轍試驗(yàn)。結(jié)果如圖1所示。

圖1 動(dòng)穩(wěn)定度變化圖

(3)試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)車(chē)轍試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析可知：該新型玄武巖纖維對(duì)AC-16的瀝青混合料在新型纖維的作用下，DS(動(dòng)穩(wěn)定度)的改善情況優(yōu)于SMA-13的瀝青混合料；新型玄武巖纖維比普通玄武巖纖維對(duì)瀝青混合料的改善效果較好；通過(guò)對(duì)圖1分析可以看出車(chē)轍深度能較好的反應(yīng)新型纖維對(duì)混合料的高溫改善效果。

2.2 低溫性能分析

(1)低溫評(píng)價(jià)指標(biāo)

選取的試驗(yàn)方法是低溫彎曲蠕變?cè)囼?yàn)，該方法是低溫試驗(yàn)方法中最能反映低溫破壞狀態(tài)的試驗(yàn)方法，具體如下：試件尺寸為250 mm×30 mm×35 mm；彎曲蠕變?cè)囼?yàn)過(guò)程中環(huán)境溫度為-10 ℃，加載速率為50 mm/min。該試驗(yàn)選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)為最大彎拉應(yīng)變和勁度模量。計(jì)算公式如下所示

εb=6hd/L2

Sb=Rb/εb

式中：L、b和h分別表示試件的長(zhǎng)度、高度以及寬度；Rb表示極限彎拉強(qiáng)度；εb表示最大彎拉應(yīng)變；Sb表示試件的勁度模量。

(2)試驗(yàn)結(jié)果及分析

低溫彎曲蠕變?cè)囼?yàn)的結(jié)果如表1所示。

表1 低溫試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)表1進(jìn)行分析可知：瀝青中加入普通纖維或新型纖維均會(huì)產(chǎn)生油分被吸收，勁度變大的效果。由于新型纖維比普通纖維的吸油率高，因此對(duì)應(yīng)的瀝青混合料的強(qiáng)度也隨之發(fā)生相同改變。摻加纖維可增強(qiáng)材料的抗拉能力，提高材料的彎拉應(yīng)變，對(duì)材料起到了植筋的作用。

3 瀝青混合料的增強(qiáng)機(jī)理分析

3.1 抗剪強(qiáng)度分析

通過(guò)進(jìn)行錐入度試驗(yàn)來(lái)分析纖維對(duì)混合料的影響機(jī)理。試驗(yàn)設(shè)定溫度為45 ℃，主要試驗(yàn)步驟是對(duì)瀝青混合料在設(shè)定溫度內(nèi)進(jìn)行水浴，時(shí)間設(shè)定為60 min，然后對(duì)試驗(yàn)后的混合料進(jìn)行錐入度測(cè)定，通過(guò)錐入度來(lái)?yè)Q算抗剪強(qiáng)度。換算公式為

T=Qcos2(a/2)/πh2tan(a/2)

式中：T為混合料的抗剪強(qiáng)度，kPa；Q為貫入總重，kN；h為錐入深度，mm；a為沉錘角度，°。

通過(guò)對(duì)混合料進(jìn)行錐入度試驗(yàn)，換算的抗剪強(qiáng)度結(jié)果如表2所示。

通過(guò)對(duì)表2進(jìn)行分析可知：錐入度數(shù)值大小體現(xiàn)的是纖維作用下瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度。當(dāng)錐入度越大時(shí)，抗剪強(qiáng)度越小。由上表可看出錐入度大小為：原瀝青的>普通纖維>改性瀝青>新型纖維。因此抗剪強(qiáng)度最大的為新型纖維。新型纖維具有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，對(duì)瀝青起到加筋作用，且效果較為明顯。

3.3 纖維增強(qiáng)效果對(duì)比

通過(guò)評(píng)分制度來(lái)評(píng)價(jià)不同纖維所表現(xiàn)出的增強(qiáng)效果：文章定義的100分是吸油倍數(shù)在0～10間，抗拉強(qiáng)度為5 000 MPa。通過(guò)兩種纖維的吸油率和抗拉強(qiáng)度在坐標(biāo)軸上的距離進(jìn)行分?jǐn)?shù)評(píng)定。兩種纖維的評(píng)分表如表3所示。

表3 纖維評(píng)分表

通過(guò)對(duì)表3進(jìn)行分析可知：新型纖維的吸油率得分大于普通纖維的得分。二者的抗拉強(qiáng)度得分相同，綜合以上指標(biāo)可知新型纖維對(duì)瀝青混合料的增強(qiáng)效果比普通纖維的增強(qiáng)效果顯著。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)纖維對(duì)瀝青混合料影響機(jī)理進(jìn)行分析得出以下結(jié)論。

(1)通過(guò)在瀝青混合料中加入新型纖維和普通纖維進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，分析混合料的高溫穩(wěn)定性。最終得到結(jié)論纖維能提高混合料的動(dòng)穩(wěn)定度。新型纖維比普通纖維提高動(dòng)穩(wěn)定度效果更明顯。同時(shí)說(shuō)明車(chē)轍深度能較好的反應(yīng)混合料的高溫性能。

(2)通過(guò)低溫性能得人分析可知：混合料中摻加纖維可增強(qiáng)材料的抗拉能力，對(duì)材料起到了植筋的作用。

(3)通過(guò)錐入度試驗(yàn)和評(píng)分制度說(shuō)明新型纖維抗拉強(qiáng)度較高，且對(duì)材料的增強(qiáng)效果明顯。