郭琦

（張家口路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 張家口 075000）

1 引言

研究表明，纖維在瀝青混合料當(dāng)中的加筋作用能有效改善瀝青混合料的路用性能[1-2]。 近年來，各種纖維在瀝青混合料中的應(yīng)用研究日益廣泛，其中，玄武巖纖維作為一種優(yōu)質(zhì)的礦物纖維，具有改善瀝青路面性能的特點，已被廣泛用于瀝青路面的改造工程。 然而，目前對玄武巖纖維在再生瀝青混合料中的應(yīng)用研究還很少。 基于此，本文對同摻量玄武巖纖維的再生瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗，并研究玄武巖纖維的摻量對再生瀝青混合料相關(guān)指標(biāo)的影響，包括高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及水穩(wěn)定性，并研究玄武巖纖維的摻量與再生瀝青混合料馬歇爾試驗各項指標(biāo)間的對應(yīng)關(guān)系，從而確定玄武巖纖維的最佳摻量。

2 工程概況

某高速公路全線按雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計時速為100 km/h。 瀝青面層結(jié)構(gòu)較薄，承載能力較一般路面低，經(jīng)過了12 年的通車運營，路面技術(shù)狀況正逐年下降， 現(xiàn)擬將主干道翻挖、 銑刨下來的瀝青上面層材料AC-13 為RAP 材料，采用玄武巖纖維熱再生技術(shù)制備路面材料，并研究玄武巖摻量對混合料性能的影響。

3 工程實踐

3.1 原材料

3.1.1 再生瀝青混合料（RAP）

瀝青材料的類型是基質(zhì)瀝青， 選用0.075~16 mm 的一組標(biāo)準(zhǔn)方孔套篩進(jìn)行篩分試驗， 并對其原始狀態(tài)的表觀級配組成進(jìn)行分析。

3.1.2 新集料

根據(jù)JTG F 40—2004 《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》，新集料選用當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)的石灰?guī)r破碎而成的碎石， 集料尺寸分為0~2 mm、2~8 mm、8~16 mm、16~22 mm，并使用填料。

3.1.3 再生劑

從再生劑性能檢測試驗結(jié)果來看， 再生劑的各項技術(shù)指標(biāo)符合規(guī)范中RA-1 型再生劑的技術(shù)要求， 說明所選再生劑性能較高[3]。 其中，60 ℃時的運動黏度為5.347 mm2/s，閃點不宜低于220 ℃，薄膜烘箱試驗前后質(zhì)量變化在-3%~3%，老化前后60 ℃運動黏度比不宜大于30%。

3.2 混合料配合比設(shè)計

（1）只摻入新瀝青，不摻入玄武巖纖維；再生瀝青混合料的可參考經(jīng)驗瀝青用量為3%、3.5%、4%、4.5%、5%， 依次進(jìn)行各項指標(biāo)的馬歇爾試驗， 分析得到最佳新瀝青摻量為4%；（2）摻入新瀝青和玄武巖纖維，以（1）得出的最佳瀝青用量為參考指標(biāo)， 在再生瀝青混合料中分別加入不同摻量的玄武巖纖維（0.2%、0.3%、0.4%）進(jìn)行馬歇爾試驗，每種纖維摻量下參考5 個新瀝青摻量分別為3.5%、4.0%、4.5%、5.0%、5.5%設(shè)定，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析確定最佳的玄武巖纖維摻量及其相應(yīng)的新瀝青摻量。不同摻量玄武巖纖維時再生混合料馬歇爾試驗結(jié)果見表1。

表1 再生瀝青混合料馬歇爾指標(biāo)

可以分析得出：根據(jù)空隙率、瀝青飽和度、穩(wěn)定度所確定的最佳油石比范圍在4.4~5.0，且毛體積密度及穩(wěn)定度最大值、空隙率中值及瀝青飽和度中值分別為：α1＝5.4%、α2＝5.1%、α3＝4.5%、α4＝4.6%，則最佳瀝青用量初始值OAC1=（α1+α2+α3+α4）／4＝4.9%， 而滿足各項技術(shù)指標(biāo)要求的油石比范圍為4.4%~5.0%，中值為4.7%，因此，目標(biāo)瀝青混合料最佳油石比取OAC =4.8。

3.3 混合料路用性能

3.3.1 高溫穩(wěn)定性

瀝青路面車轍是瀝青混合料在高溫和荷載的共同作用下因抗剪能力不足而引發(fā)的橫側(cè)向流動變形。 依據(jù)JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中的漢堡車轍試驗評價AC-20 再生瀝青混合料的高溫性能， 制備5 種纖維摻量的AC-20 標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾成型試件，控制指標(biāo)見表2、圖1。

圖1 不同纖維摻量時瀝青混合料的動穩(wěn)定度

表2 再生劑性能測試試驗結(jié)果

根據(jù)圖1 分析，玄武巖纖維的摻量增加對混合料的高溫穩(wěn)定性有較好的提升作用， 混合料的動穩(wěn)定度隨著玄武巖摻量的增加而增加。 在玄武巖纖維摻量為0.2%時混合料的動穩(wěn)定度提升最顯著，對混合料高溫穩(wěn)定性能影響最大，但隨著纖維摻量的逐漸增加， 混合料動穩(wěn)定度的提升幅度趨于平緩。

總結(jié)： 摻入玄武巖纖維對混合料的髙溫穩(wěn)定性有一定的提高， 并且隨著纖維含量的增加， 混合料的動穩(wěn)定度逐漸增大，但是增幅較為緩和。

3.3.2 水穩(wěn)定性能

在再生混合料的性能試驗中，需要結(jié)合浸水試驗和凍融劈裂試驗來評價混合料的水穩(wěn)定性，并利用殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比來確定混合料的水穩(wěn)定性。 試驗結(jié)果如圖2 所示。

從圖2 可以看出，隨著玄武巖摻量的增加，混合料殘留穩(wěn)定度先快速增加后緩慢降低，在玄武巖摻量為4%時達(dá)到峰值，為92.7%。 而混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比也隨著玄武纖維摻量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的變化規(guī)律，增加幅度較為緩和，凍融劈裂強(qiáng)度比達(dá)到最大值時，對應(yīng)的玄武巖纖維摻量為6%。

綜合這兩個指標(biāo)考慮，玄武巖摻量在4%~6%時，熱再生瀝青混合料具有較好的水穩(wěn)定性。 這是因為纖維的摻入使混合料內(nèi)部的界面強(qiáng)度增大， 同時纖維摻量的增多導(dǎo)致油石比的提高，瀝青膜的厚度和比表面積隨之增大，從而提高了混合料水穩(wěn)定性，綜上所述，玄武巖纖維的摻入使混合料具有更好的水穩(wěn)定性。

3.3.3 低溫性能

根據(jù)規(guī)范， 熱再生混合料評價低溫性能常用的方法為小梁彎曲試驗，制備5 種纖維摻量的AC-20 標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾成型試件，試驗結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同再生劑摻量的最大彎拉應(yīng)變

根據(jù)圖3 可以看出，隨著纖維摻量的增加，最大彎拉應(yīng)變整體的上升趨勢， 這是由于玄武巖纖維的摻入使瀝青用量增加，瀝青與集料之間的界面強(qiáng)度隨之增大。 同時，纖維的加筋作用可以使混合料中產(chǎn)生的裂縫得到緩沖， 阻礙裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)大并擴(kuò)散應(yīng)力。 但纖維摻量增加到0.4%之后，再生瀝青混合料的低溫性能的提升效果稍有降低，在纖維摻量0%~4%時最大彎拉應(yīng)變增加了210 με，而從6%~8%只增加了14 με。

在熱再生瀝青混合料摻入纖維后， 纖維摻量在0.4%~0.8%時混合料均有較好的路用性能，但過低摻量（0.2%）對再生瀝青混合料的低溫性能改善效果不足，過高摻量（0.8%）又會一定程度上劣化水穩(wěn)定性能，因此，熱再生瀝青混合料中玄武巖纖維的最佳摻量為0.6%[4]。

4 結(jié)語

本文依托某高速公路項目， 從廠拌熱再生瀝青混合料配合比設(shè)計，施工工藝和質(zhì)量控制3 個方面進(jìn)行分析，可以得出摻玄武巖纖維在公路工程瀝青路面養(yǎng)護(hù)中的具有良好廣闊的應(yīng)用前景，得出結(jié)論如下：

1）在玄武巖纖維摻量為0.2%~0.4%時混合料的動穩(wěn)定度提升最顯著，對混合料高溫穩(wěn)定性能影響最大，但隨著纖維摻量的逐漸增加，混合料動穩(wěn)定度的提升幅度趨于平緩；

2）適當(dāng)摻入玄武巖纖維能全面提高再生混合料的路用性能，玄武巖摻量在0.4%~0.6%時，熱再生瀝青混合料具有較好的水穩(wěn)定性；

3）在熱再生瀝青混合料中纖維摻量過低（0.2%）對再生瀝青混合料的低溫性能改善效果不足， 纖維摻量過高摻量（0.8%）又會在一定程度上劣化水穩(wěn)定性能，因此，熱再生瀝青混合料中玄武巖纖維的最佳摻量為0.6%。