雷江,羅友鴻,裴鑫雨

(1.貴州省望謨縣農(nóng)村公路管理局,貴州 望謨 552300；2.貴州省冊(cè)亨縣農(nóng)村公路管理局,貴州 冊(cè)亨 552200；3.重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074)

纖維以其環(huán)保、價(jià)格低廉、能提升瀝青混合料性能等優(yōu)點(diǎn)引起了廣泛關(guān)注，已有不少學(xué)者通過(guò)將不同品種纖維和各類(lèi)瀝青混合料結(jié)合使用來(lái)研究纖維對(duì)混合料性能的增強(qiáng)作用。張勤玲等就新瀝青和玄武巖纖維(BF)摻量進(jìn)行研究，得出不同摻量新瀝青和BF對(duì)再生混合料性能的提升效果不同，但沒(méi)有表明再生技術(shù)的類(lèi)型，缺少針對(duì)性；王恩等在冷拌再生中應(yīng)用纖維，發(fā)現(xiàn)纖維在保持冷再生混合料長(zhǎng)期穩(wěn)定性上有著不俗的功效；馬煜纓從壓實(shí)特性角度進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出礦物纖維對(duì)抵抗變形的作用最大。BF是一種無(wú)機(jī)礦物型纖維，具有強(qiáng)度高、耐久性好、韌性好、可適用于各類(lèi)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，被作為改性材料廣泛應(yīng)用于各種材料中以提升材料的性能，其中以水泥砼和瀝青混合料最常見(jiàn)。目前對(duì)BF在提升瀝青混合料、冷再生和熱再生混合料性能方面的研究較全面，但對(duì)BF對(duì)溫拌再生瀝青混合料(WRMA)性能影響的研究還不夠全面。鑒于此，該文以重慶市合川區(qū)某瀝青路面改造工程為依托，通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)、小梁彎曲破壞試驗(yàn)、浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)等研究不同摻量BF對(duì)WRMA性能的影響。

1 原材料

1.1 舊路面瀝青混合料(RAP)

分別從銑刨現(xiàn)場(chǎng)得到不同區(qū)域同一深度且具有代表性的RAP，為得到更接近于實(shí)際的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)不同區(qū)域的RAP均勻取樣后進(jìn)行6組試驗(yàn)，取其平均值，得出瀝青含量、針入度、延度、軟化點(diǎn)等(見(jiàn)表1和表2)。

表1 RAP瀝青含量試驗(yàn)結(jié)果

表2 RAP瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)

1.2 新瀝青

為最大程度恢復(fù)RAP的性能，選用標(biāo)號(hào)比RAP中老化瀝青高的90#基質(zhì)瀝青，其主要性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 90#基質(zhì)瀝青的主要技術(shù)指標(biāo)

1.3 再生劑

選用SZS瀝青再生劑，按照規(guī)范要求對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表4，均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

表4 SZS瀝青再生劑的技術(shù)指標(biāo)

1.4 玄武巖纖維

選用的玄武巖纖維為BFCS-13 μm～6 mm短切紗，其外觀(guān)見(jiàn)圖1，主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表5。

圖1 玄武巖纖維

表5 BFCS-13 μm～6 mm短切紗的技術(shù)指標(biāo)

2 路用性能研究

試驗(yàn)過(guò)程中，再生劑摻量一般根據(jù)RAP中瀝青含量確定，將RAP中瀝青質(zhì)量的6.5%作為SZS再生劑摻量；溫拌劑選用Sasobit-LM，摻量為瀝青質(zhì)量(包括RAP中的老化瀝青)的3%。在WRAM中分別摻入0～0.5% BF進(jìn)行6組對(duì)比試驗(yàn)，分析BF對(duì)WRMA性能的提升效果。

2.1 高溫穩(wěn)定性

將6組不同BF摻量的WRAM依次進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，分別輪碾45和60 min，研究WRAM的動(dòng)穩(wěn)定度。不同BF摻量WRAM的動(dòng)穩(wěn)定度見(jiàn)圖2。

圖2 不同BF摻量WRAM的車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

由圖2可知：不同BF摻量WRMA的動(dòng)穩(wěn)定度均滿(mǎn)足規(guī)范要求，摻入BF后，WRMA的高溫穩(wěn)定性提升效果顯著。BF摻量為0.4%時(shí)，WRMA的動(dòng)穩(wěn)定度最優(yōu)；BF摻量為0～0.3%時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度提升效果最顯著；進(jìn)一步提高摻量，WRMA的動(dòng)穩(wěn)定度無(wú)明顯變化甚至有一些降低。這是由于纖維會(huì)吸收瀝青并在混合料中結(jié)團(tuán)，過(guò)多地?fù)饺肜w維可能會(huì)影響混合料的其他性能。纖維的最佳摻量為0.3%～0.4%。

摻纖維再生混合料的黏彈性得到極大提升，因而摻纖維后再生混合料的高溫穩(wěn)定性得到改善。隨著B(niǎo)F的摻入，WRMA的流動(dòng)性在一定程度上降低，內(nèi)摩擦力增加，這是WRMA高溫穩(wěn)定性上升的主要原因之一。

2.2 低溫抗裂性

在-10 ℃的環(huán)境中對(duì)6組不同BF摻量WRMA小梁試件進(jìn)行彎曲破壞試驗(yàn)，得到最大破壞應(yīng)變(見(jiàn)圖3)。

圖3 不同BF摻量WRAM的小梁彎曲破壞試驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知：WRMA的破壞應(yīng)變隨著B(niǎo)F摻量的增大而增加，BF摻量為0.4%時(shí)，WRMA的破壞應(yīng)變最大，抗裂性最好，破壞應(yīng)變比未摻纖維時(shí)提高15.3%。結(jié)合路面在低溫環(huán)境下產(chǎn)生裂縫的原因，玄武巖纖維可通過(guò)自身的韌性產(chǎn)生彈性恢復(fù)，給再生混合料提供良好的加韌和自愈能力。

小梁彎曲破壞試驗(yàn)中，會(huì)出現(xiàn)沿瀝青混合料顆粒之間的界面不斷產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象，隨著裂紋的不斷延伸擴(kuò)大，難免會(huì)遇到混合料中的大顆粒，經(jīng)過(guò)擠壓和剪切后，會(huì)沿裂紋界面發(fā)生破壞。BF可提升WRMA的柔韌性和界面強(qiáng)度，因而摻纖維再生混合料的破壞應(yīng)變比未摻纖維混合料大得多。

2.3 水穩(wěn)定性

浸水馬歇爾穩(wěn)定度可反映WRMA在發(fā)生水損害時(shí)抗剝落的能力，但存在一定不足。為進(jìn)一步分析WRMA抵抗水損害的能力，通過(guò)凍融劈裂試驗(yàn)?zāi)M路面破壞的真實(shí)狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 不同BF摻量WRAM的浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖5 不同BF摻量WRAM的凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

由圖4、圖5可知：摻加BF的再生混合料的水穩(wěn)定性均滿(mǎn)足規(guī)范要求。纖維摻量為0.3%時(shí)，殘留穩(wěn)定度最大，比未摻纖維時(shí)提升5.1%；BF摻量為0.3%時(shí)，WRMA的凍融劈裂強(qiáng)度和凍融劈裂強(qiáng)度比TSR最大，比未摻纖維時(shí)提升10.7%。

再生混合料在拌和和施工過(guò)程中無(wú)法避免出現(xiàn)空隙，水的流動(dòng)性和滲透性會(huì)使再生混合料的空隙中一直存在微量的水，由外部荷載引起的內(nèi)部水壓力導(dǎo)致混合料內(nèi)部松動(dòng)、開(kāi)裂。根據(jù)已有研究，瀝青與集料形成的界面無(wú)法抵御水的浸入，玄武巖纖維可與瀝青和集料形成更穩(wěn)定、更全面的界面且強(qiáng)度更大，抵御水浸入的能力和在外部荷載作用下的整體性都得到極大提升。同時(shí)，WRMA的油石比隨著B(niǎo)F的摻入得到提高，油石比的提高使WRMA的瀝青膜密度增大，能更好地抵御水壓力的荷載，增強(qiáng)WRMA的水穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

(1)與不摻加BF相比，BF使WRMA的動(dòng)穩(wěn)定度提高41.7%，破壞應(yīng)變提高15.3%，殘留穩(wěn)定度提高5.1%，TSR提高10.7%，即BF可綜合改善WRMA的路用性能。

(2)BF摻量對(duì)WRMA路用性能的提升效果有極大影響，綜合分析，BF的最佳摻量為0.3%。但各地的地理氣候、荷載等級(jí)、降水量等路面環(huán)境不同，實(shí)際工程中對(duì)WRMA路用性能的偏重也不同，為更好地迎合實(shí)際情況需求，BF摻量可在0.3%～0.4%進(jìn)行調(diào)整。

(3)文中只研究了BF摻量對(duì)WRMA路用性能的影響，沒(méi)有研究不同RAP摻配率對(duì)WRMA路用性能的影響，無(wú)法確定最佳RAP摻配率，需作進(jìn)一步試驗(yàn)研究。