玄武岩纤维沥青胶浆性能研究

2012-03-01张素兰杨小斌贾水彩

黑龙江交通科技 2012年6期

张素兰，杨小斌，贾水彩

(1.漯河市泰赢路桥工程有限公司;2.焦作市公路管理局规划勘察设计院)

1 引言

沥青胶结料为温度敏感性材料，高温时易产生流淌，低温时易出现缩裂。沥青混合料主要由沥青胶结料、集料和外掺剂组成。外掺剂的不同类型、比例对混合料的性能影响较大。研究首先通过不同纤维掺量下沥青胶浆的针入度、软化点、延度等室内试验分析纤维对沥青的粘、弹性及韧性的影响，对玄武岩纤维和沥青胶浆的作用机理开展研究。

2 试验结果及分析

2.1 针入度试验

针入度指数PI是最常用来描述沥青胶结料感温性的指标，在国外已把PI列为沥青标准指标。沥青流变学研究中指出，针入度指数反映沥青偏离牛顿流体的程度，PI值太小时，沥青低温时显示明显的脆性特征;太大时，耐久性不好，它的低温脆性虽小，但显示较强的荷载速率感应性。总的来说，针入度指数太低和太高都是不好的。这就是普遍规定PI在 -1.0～1.0 间的原因。

对沥青胶浆在10℃、15℃、25℃、30℃下进行针入度试验，试验结果如下表1所示。

表1 玄武岩纤维沥青胶浆针入度试验结果

表1为不同玄武岩纤维掺量下沥青胶浆针入度与温度的关系。由表可知，对所试验的沥青胶浆而言，针入度随着温度的升高而增加。在10℃、15℃、25℃、30℃试验温度下，SBR改性沥青胶浆的针入度随着纤维掺量的增加而减小，在掺量为2% ～4%下，SBS改性沥青胶浆的针入度可以达到高粘沥青的水平。由沥青胶浆针入度指数可知，随着纤维掺量的增加，沥青胶浆PI值增大，表明胶浆的感温性得到改善，高温性能增强。

2.2 软化点试验

软化点的试验方法有好多种，本研究采用的是环球法。对添加不同剂量纤维的SBS沥青胶浆和高黏沥青进行软化点试验，结果如图1。

从表1可知，掺加纤维后SBS改性沥青的软化点较纯SBS改性沥青有显著提高，且随着纤维掺量的增加，纤维沥青的软化点增大。纤维掺量为2%、3%、4%时纤维沥青胶浆的软化点较纯沥青分别提高了21.8%、24.9%、28.3%，由此表明玄武岩纤维显著提高了沥青的热稳定性。沥青胶浆热稳定性的增强，可提高沥青的高温稳定性，有效降低其高温剪切永久变形。纯沥青中添加玄武岩纤维后，针入度和针入度指数减少、软化点提高，主要的原因是玄武岩纤维的加入使沥青的胶体结构发生变化，纤维在沥青中为不溶物，以三维分散相存在，且其表面空隙吸收沥青中的轻质油分，也就相当于在原沥青中加入沥青质，从而使沥青逐渐由溶胶转变为溶—凝胶结构以至凝胶结构，从而提高了沥青胶浆的温度稳定性。

图1 沥青胶浆的软化点

2.3 延度试验

沥青的延度是在规定的速度和温度下，拉伸标准试件的两端直至断裂的长度。在一定温度下的延度试验结果能够间接地反映在路面使用温度下的沥青粘度和剪切敏感性的关系，同时，其与路面的使用性能有一定的相关性，尤其是低温延度与低温开裂性能密切。因此，对上述的沥青胶浆在5℃、10℃，以5 mm/min的速度进行试验，结果如图2。

图2 沥青胶浆的延度

由图2测试结果可知，掺加玄武岩纤维后沥青胶浆的延度较同温度时纯沥青的延度小得多，而且掺量越大，温度越低，胶浆的延度也越低。温度为5℃和10℃时，纤维掺量分别为2%、3%、4%时胶浆的延度较纯沥青分别降低了31.2%，43.6%、67.4%和 15.2%、26.4%、40.9%。

在沥青路面中，沥青胶浆的变形能力实际上决定了混合料在低温时是否出现缩裂。胶浆低温延度较大时，混合料的应变能力较大，路面出现裂缝的可能性就小，反之，则路面容易出现裂缝，致使其他早期病害的并发。当然，纤维的加入可以提高混合料的强度，路面产生开裂所需能量要提高，但是，纤维在沥青中的掺量不宜过多。应该在混合料强度提高及纤维胶浆延度降低两个矛盾之间确定纤维掺量的最佳值。

2.4 弹性恢复试验

弹性恢复一般用来评价改性沥青的变形恢复能力。通常弹性恢复好的沥青材料，对荷载作用产生的路面变形“自愈”能力强，随裂缝变化的适应能力也较强。弹性恢复指标是针对于改性沥青提出的，对SBS原沥青、三种不同玄武岩纤维掺量的沥青胶浆和高黏沥青进行弹性恢复试验，试验结果如表2所示。

表2 玄武岩沥青胶浆弹性恢复试验结果

由表2中玄武岩胶浆弹性恢复试验结果可知，相对于纯沥青，玄武岩纤维的加入大大提高了沥青胶浆的弹性恢复能力，且随着玄武岩纤维掺量的增加，胶浆弹性恢复呈递增趋势，在纤维掺量分别为2%、3%、4%时，沥青胶浆的弹性恢复较纯沥青提高了5%以上，并且超过了同等试验条件下高黏沥青的弹性恢复值。由此表明纤维的加入提高了沥青胶浆的弹性，使得混合料的疲劳性能和高温性能得到较大改善，对延长路面的使用寿命和使用品质具有重要的意义。