沈建成，任全生，韓方元，王 業(yè)，薛曉薇

（1.寧夏交通建設(shè)股份有限公司，銀川 750004；2.寧夏道路養(yǎng)護(hù)工程技術(shù)研究中心，寧夏 固原 756501；3.揚(yáng)州大學(xué) 建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225127；4.江蘇天龍玄武巖連續(xù)纖維股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 211401）

近年來(lái)，隨著我國(guó)交通工程的快速發(fā)展，重載交通的現(xiàn)象與日俱增。路面的維修養(yǎng)護(hù)工作越發(fā)緊迫和重要[1-2]。在諸多瀝青養(yǎng)護(hù)技術(shù)中，超薄磨耗層可以優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)，提高行車(chē)的安全性，同時(shí)也能夠延長(zhǎng)路面的使用壽命，具有突出的優(yōu)點(diǎn)[3-6]。但也面臨著有待解決的不足，如抗裂、抗松散性能以及與下臥層的黏結(jié)性能有待加強(qiáng)[7]。

玄武巖纖維[8-9]作為一種加筋穩(wěn)定劑已廣泛應(yīng)用于路面材料領(lǐng)域，玄武巖纖維具有優(yōu)良的性能、原材料分布廣且低廉等優(yōu)點(diǎn)，在瀝青路面建設(shè)中受到越來(lái)越多的重視?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外對(duì)各種級(jí)配的玄武巖纖維瀝青混合料的性能進(jìn)行了不同方面的探究，認(rèn)為玄武巖纖維瀝青混合料較普通瀝青混合料具有更優(yōu)的抗高溫車(chē)轍、抗低溫開(kāi)裂和抗水損害等路用性能[10-11]。

1 原材料及組成設(shè)計(jì)

1.1 原材料

試驗(yàn)選用SBS改性瀝青，各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1；粗集料選用玄武巖集料，細(xì)集料選用石灰?guī)r集料，填料為石灰?guī)r礦粉，集料密度見(jiàn)表2；纖維為江蘇天龍玄武巖連續(xù)纖維股份有限公司生產(chǎn)的玄武巖短切纖維，技術(shù)性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表1 SBS改性瀝青性能指標(biāo)

表2 集料密度測(cè)試結(jié)果

表3 玄武巖短切纖維性能指標(biāo)及檢測(cè)數(shù)據(jù)

1.2 瀝青混合料組成設(shè)計(jì)

AC-10瀝青混合料是連續(xù)密級(jí)配瀝青混凝土，其密實(shí)性較好，是典型的懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，配合比設(shè)計(jì)如圖1所示；馬歇爾試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 AC-10普通瀝青混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

圖1 AC-10瀝青混合料設(shè)計(jì)級(jí)配曲線

普通AC-10瀝青混合料最佳油石比為5.6%，摻0.3%、6 mm玄武巖纖維瀝青混合料確定最佳油石比實(shí)驗(yàn)方法與前者類(lèi)似，最佳油石比為5.8%。

玄武巖纖維混合料最佳油石比較大，這是由于摻入的玄武巖纖維具有一定的吸油特性，在AC-10級(jí)配中需要更多的瀝青來(lái)形成懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)。并且玄武巖纖維的加入，增加了混合料的比表面積，作為懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)的AC-10，其骨架結(jié)構(gòu)多通過(guò)瀝青的黏結(jié)而形成，所以增加了玄武巖纖維的混合料需要更多的瀝青吸附玄武巖纖維，使得纖維與礦料形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成較好的受力構(gòu)造。

加入玄武巖纖維后，除了密度指標(biāo)，其余的馬歇爾指標(biāo)都有所上升。密度降低是因?yàn)榧尤肓诵鋷r纖維的混合料需要更多的瀝青來(lái)達(dá)到最佳油石比，而玄武巖纖維密度與瀝青的密度都小于礦料的密度，因此密度相對(duì)降低。而玄武巖纖維具有分散作用力的作用，在成型馬歇爾試件時(shí)，玄武巖纖維將一部分的力分散，所以混合料不容易被擊實(shí)。纖維在混合料中，能夠很好地將瀝青與骨料黏結(jié)，在受到應(yīng)力時(shí)，可以將一部分力分散開(kāi)，從而保護(hù)了混合料的結(jié)構(gòu)不受破壞，具有較好的穩(wěn)定性。

2 路用性能檢測(cè)

2.1 高溫性能測(cè)試

選用抗車(chē)轍試驗(yàn)和單軸貫入試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫性能，單軸貫入試驗(yàn)選用UTM-25試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)機(jī)如圖2所示，試驗(yàn)結(jié)果如圖3、圖4所示。

圖2 UTM-25試驗(yàn)機(jī)

圖3 AC-10瀝青混合料高溫車(chē)轍試驗(yàn)測(cè)試

圖4 AC-10瀝青混合料單軸貫入試驗(yàn)測(cè)試

由圖3、圖4可知，摻玄武巖纖維的瀝青混合料相較于不摻纖維的，其動(dòng)穩(wěn)定度提高了22.9%，貫入強(qiáng)度提高了15.8%，說(shuō)明通過(guò)添加玄武巖纖維可以使得混合料試件具備一定的在高溫情況下抵抗荷載的能力。因?yàn)樾鋷r纖維無(wú)序地分布在混合料之中，必然形成錯(cuò)亂的空間搭接，這有利于與瀝青共同形成受力網(wǎng)絡(luò)，限制集料在外力荷載下的移動(dòng)，提高了瀝青混合料抗荷載變形能力。

2.2 低溫性能測(cè)試

試驗(yàn)選用低溫小梁彎曲試驗(yàn)判斷混合料的低溫性能，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 AC-10瀝青混合料低溫抗裂試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)表5數(shù)據(jù)可以得出摻了玄武巖纖維的混合料最大彎拉應(yīng)變大于普通的不摻玄武巖纖維的瀝青混合料的彎拉應(yīng)變，在摻和不摻纖維的情況下均符合規(guī)范要求的性能，因此，玄武巖纖維的加入可以一定程度上增加混合料的低溫性能。瀝青混合料的低溫性能主要受油石比和瀝青膠結(jié)料性能的影響，加入玄武巖纖維的瀝青混合料油石比上升了0.2%，而其抗彎應(yīng)力較好于普通的混合料，說(shuō)明玄武巖纖維的加入改善了瀝青混合料的性能，纖維的摻入承擔(dān)和分散了低溫應(yīng)力，減少了低溫應(yīng)力對(duì)瀝青混合料本身的損害，增強(qiáng)了混合料在低溫情況的韌性。

2.3 水穩(wěn)定性能測(cè)試

水穩(wěn)定性能選用浸水馬歇爾試驗(yàn)進(jìn)行研究評(píng)價(jià)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 AC-10瀝青混合料浸水馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果

摻6 mm、0.3%纖維的混合料的殘留穩(wěn)定度提高了0.6%，摻入玄武巖纖維的馬歇爾試件水穩(wěn)定度絕對(duì)值大于不摻纖維的，殘留穩(wěn)定度基本沒(méi)有變化。

2.4 肯塔堡飛散試驗(yàn)對(duì)比黏結(jié)性能

試驗(yàn)選用肯塔堡飛散試驗(yàn)對(duì)比混合料的黏結(jié)性能，進(jìn)行混合料的肯塔堡飛散試驗(yàn)首先需要成型混合料的馬歇爾試件，并將試件放置在20℃±0.5℃的恒溫水槽中養(yǎng)生20 h，后將馬歇爾試件從水槽中輕輕拿出，拭去表面的水分，放入到洛杉磯試驗(yàn)機(jī)中以30~33 r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)300轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)滿300轉(zhuǎn)后取出試件的剩余部分，進(jìn)行稱(chēng)量。洛杉磯試驗(yàn)機(jī)如圖5所示，試驗(yàn)后試件如圖6所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖7所示。

圖5 洛杉磯試驗(yàn)機(jī)

圖6 試驗(yàn)后試件外貌

圖7 BF-AC-10肯塔堡飛散試驗(yàn)結(jié)果

AC-10級(jí)配骨料間的相互作用多由瀝青的黏結(jié)作用形成。而薄層罩面作為維修養(yǎng)護(hù)的面層材料，需要在整平路面的同時(shí)，為瀝青路面提供更好的路用性能。AC-10作為小粒徑瀝青混合料，容易產(chǎn)生表層脫落的現(xiàn)象。利用肯塔堡飛散試驗(yàn)可以評(píng)價(jià)其黏結(jié)性能，而摻入玄武巖纖維的瀝青混合料其黏結(jié)性能提高了7.0%。

2.4 瀝青混合料路用性能評(píng)價(jià)

通過(guò)路用性能測(cè)試判斷瀝青混合料是否可以滿足規(guī)范要求，同時(shí)也是結(jié)合實(shí)際情況最直觀的試驗(yàn)方法。通過(guò)對(duì)摻入0.3%、6 mm玄武巖纖維的混合料和普通混合料采用路用性能試驗(yàn)，通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)摻入玄武巖纖維的混合料在一定程度上提高混合料的路用性能。

玄武巖纖維的加入在一定程度上將混合料很好地黏結(jié)起來(lái)，在受到高溫低溫這樣的物理變化時(shí)，纖維可以在一定程度上保護(hù)混合料保持原來(lái)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)不受破壞，在受到行車(chē)荷載等外力時(shí)可以分擔(dān)一部分力，使得混合料結(jié)構(gòu)部分不受損害。通過(guò)直觀的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以知道玄武巖纖維可以使混合料較好地提升其路用性能。

3 結(jié)束語(yǔ)

1）不摻玄武巖纖維的瀝青混合料最佳油石比為5.6%，摻量0.3%、長(zhǎng)度為6 mm的混合料最佳油石比為5.8%。

2）路用性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)摻入玄武巖纖維的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性能較普通瀝青混合料有較大程度提升，水穩(wěn)定性能相比而言無(wú)太大變化。

3）摻入玄武巖纖維的瀝青混合料黏結(jié)性能優(yōu)于不摻纖維的瀝青混合料。