玄武岩纤维对沥青混合料水稳性影响探究

白伟华

（中交二公局第三工程有限公司，陕西 西安 710000）

随着经济社会的飞速发展，负荷越来越大的重载车逐渐增多，交通量不断增多导致路面的损坏期不断提前，未到预定使用年限就出现各种异常损坏统称为早期损坏，这种损坏多归结为水损坏。重载和高交通量对路面的力学强度和使用耐久性要求越来越高。在沥青混合料中掺入纤维，借助纤维的加筋或吸附增黏作用，可在一定程度改善沥青混合料的路用性能。目前已有研究表明：由于有机类纤维低温脆化、耐高温性能差、强度和弹性模量低、吸水等性能缺陷，因此，在沥青混合料中掺入有机纤维是不适宜的。目前，广泛应用于沥青路面的混合料是常规木质素纤维的SMA沥青玛蹄脂碎石，属于骨架密实结构的混合料。玄武岩纤维具有较高的强度和弹性模量，与沥青和集料有较好的亲和力，在混合料中分散性好，并且是可再生利用资源。扬州市城市南部快速路属于城市市政一级道路，有着城市道路运营周期长等特点，在满足常规一级道路工程技术标准的前提下，更加考验的是道路的周期使用性能，采用玄武岩短切纤维沥青混合料进行上面层施工能起到延长正常大中修周期1～2倍的作用。因此，通过试验测定玄武岩纤维对 SMA型沥青混合料水稳性的影响具有现实意义。

1 玄武岩纤维和沥青混合料的材料特性

玄武岩纤维属于矿物纤维，是在1 500 ℃高温熔融、提炼抽丝、并经特殊的表面处理而成，纤维外表平滑完整，使用安全性高不会对人体造成伤害。玄武岩纤维是提高沥青混合料疲劳耐久性及使用寿命的一种非常有效手段，掺入玄武岩纤维可降低沥青混合料的氧化、老化并且提高疲劳耐久性，可提高达400倍。相对于其他纤维具有以下材料优势：（1）具有极大的比表面积；（2）表面浸润性好；（3）力学性能优异；（4）工作温度范围大；（5）化学稳定性好；（6）抗老化性能好；（7）水稳定性好；（8）绝热性好；（9）电绝缘性好。

沥青混合料是一种复合材料，由沥青矿粉胶浆和集料组成 。沥青混合料内部组成比较复杂，是因为沥青混合料的各组分材料分别具有不同的物理力学性能。工程师们在沥青混合料中掺入纤维是为了增加相和界面使得沥青混合料成为结构更为复杂的多相复合材料。受矿料级配的制约，沥青胶浆的各项路用性能并不随着纤维掺量的增加而提高 ,而是有一个临界值，即纤维掺量在沥青混合料中存在一个最佳值 。

2 沥青路面水损坏

沥青路面的水损害直观表现为路面麻面、松散、坑槽等形式，其破坏机理大体总结为乳化、置换、冻胀、撕裂、间隙压力、冲刷流失等六类，由此可得出，提升抗水损害能力可通过掺入玄武岩纤维加强沥青与集料间粘附性，提升沥青混合料水稳性；并采取防水、排水措施，减少水分进入沥青混合料内部。

3 测试玄武岩纤维沥青混合料水稳定性

3.1 原材料性质

依据要求进行原材料性质试验，集料压碎值14.1%、砂当量70%、沥青针入度63、沥青延度40 cm、沥青软化点81 ℃、沥青相对密度1.030、黏附性5级、质量变化0.170%。

3.2 配合比设计

为显现纤维对沥青混合料水稳定性的改善效果并且避免级配变异对试验结果的影响，本试验采用骨架密实结构SMA-13型沥青混合料为目标级配，对掺加木质素纤维和掺加玄武岩短切纤维的沥青混合料分别进行配合比设计，以确定两种沥青混合料的最佳油石比，经过采用“干法”工艺进行室内试验得出玄武岩短切纤维掺量与常规木质素纤维掺量都为混合料质量0.3%，沥青混合料级配如表1所示。

表1 沥青混合料级配

3.3 浸水马歇尔试验

浸水马歇尔试验是我国主要的评价沥青混合料水稳定性的方法。根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ 052—2000），最佳油石比木质素纤维沥青混合料和最佳油石比玄武岩纤维沥青混合料按照马歇尔试验规范要求进行试验得出沥青混合料最佳油量马歇尔试验结果，如表2所示。

表2 沥青混合料最佳油量马歇尔试验结果

4 结语

经过试验可知，掺入玄武岩纤维沥青混合料的马歇尔浸水残留稳定度显著提高，与掺入木质纤维素的沥青混合料相比，其浸水马歇尔残留稳定度提高了3.6%。这表明玄武岩短切纤维能更好地抵抗水损害的破坏，这是因为玄武岩纤维为天然矿物纤维，其吸油率比木质素纤维要小，混合料的最佳沥青用量有所增加，矿料表面有效沥青膜厚度均有所增厚，从而提高沥青混合料的水稳定性，有效地阻止了水对沥青与矿料界面的破坏。