玄武岩纤维掺量对降噪路面的路用性能影响

2019-05-21代书凝呙润华高晓通

三明学院学报 2019年2期

代书凝，呙润华，2，高晓通

（1.新疆大学建筑与土木工程学院，乌鲁木齐830046；2，清华大学土木水利学院，北京100084）

随着交通系统的完善和车速的提高，城市道路交通噪音给人们生活带来极大干扰，从而对路面降噪提出了更高的要求。橡胶沥青目前是降噪路面常用的材料，橡胶沥青是利用废旧轮胎加工成的粉末，按一定的比例加入各种改性剂后，与沥青充分溶合而形成的改性沥青胶结料[1]。橡胶沥青降噪路面的推广，不仅降低噪音污染，也将成为废旧轮胎处理的一个较好途径，绿色环保，变废为宝。但橡胶沥青的水稳定性较弱[2]、抗老化性能差[3]、路用性能差成为影响橡胶沥青降噪路面推广使用的瓶颈问题。玄武岩纤玄武岩纤维抗拉强度高、不易老化、耐腐蚀性较好[4]，与橡胶沥青相容性好，同时也能满足沥青路面耐久性的要求，对沥青混合料的高低温性能有较好的改善作用[5]，因此，研究橡胶沥青和玄武岩纤维复合解决降噪沥青路面混合料的路用性能意义重大。国内外对于橡胶粉和玄武岩纤维单一改性沥青的研究较多，或者对二者复合于混凝土进行研究[6-7]，但对于两者复合作用在沥青混合料上的路用性能具体表现如何还未能有详细的研究，因此本研究对橡胶粉和玄武岩纤维在沥青混合料上的复合作用及影响进行具体研究和分析，并着重于探究玄武岩纤维掺量对降噪路面的路用性能影响。

1 试验

1.1 原材料

试验所用所用玄武岩纤维为山西晋投生产，技术指标如表1所示。基质改性沥青为山东某化工厂所提供的70 号基质沥青，其基本性能指标如表2所示。橡胶粉采用40 目的废旧轮胎橡胶粉，粗集料为玄武岩，细集料为石灰岩，各集料的指标均满足规范[8-9]要求。

表1 玄武岩纤维物理与化学技术指标

表2 70 号基质沥青性能指标

1.2 混合料级配

采用级配为AC-13，级配组成见表3。

表3 AC-13 沥青混合料级配

1.3 改性沥青的制备

制备复合改性沥青时，综合参考其他研究的改性沥青制备方法[10-12]，确认沥青的复合制备方法为：将基质改性沥青加热至150～160 ℃，边搅拌边加入沥青质量15%的橡胶粉，保持150 ℃的温度条件下，用高速剪切机以1 500～2 000 r/min 高速剪切30 min 后，放入烘箱发育30 min，再分别按0%、0.1%、0.3%、0.5%、0.7%掺量加玄武岩纤维，用高速机搅拌机以1 500 r/min 的速度搅拌25 min使玄武岩纤维在复合改性沥青中分散均匀，形成不同胶凝材料组分。

1.4 实验方法

依据沥青混合料的规程[8]，采用高温车辙试验评价试件的高温性能，制作300 mm×300 mm×50 mm 的板块状试件，试验温度为60 ℃，利用车辙试验机进行试验，测试试件在变形稳定时期每增加1 mm 变形需要行走的次数，机动稳定度，以次/mm 来表示，高温车辙试验采用LDCZ-5 型自动车辙试验仪（如图1）进行，试验所用的试件如图2所示。

采用低温小梁试验评价其低温性能，测定热拌沥青混合料在规定温度和加载速率时弯曲破坏的力学性质，制作250 mm×30 mm×35 mm 的棱柱体小梁试件，试验温度为-10 ℃，采用MTS 万能材料试验仪（如图3）进行试验，实验使用的试件见图4。

图1 LDCZ-5 型自动车辙试验仪

图2 高温车辙试验试件

图3 MTS 万能材料试验仪

图4 低温小梁试验试件

沥青混合料马歇尔稳定度试验是将沥青混合料制成标准的圆柱形试体，在稳定度仪上测定其稳定度和流值，以这两项指标来表征其高温时的稳定性和抗变形能力。采用浸水马歇尔试验评价其水稳定性能，进行浸水马歇尔试验时使用ld-5b 型沥青混合料稳定度测定仪（图5）来测定，试验试件见图6。制作101.6 mm（直径）×63.5 mm（高度）的标准马歇尔试件，采用沥青混合料马歇尔试验仪进行试验。

图5 沥青混合料稳定度测定仪

图6 标准马歇尔试件

2 结果与讨论

2.1 高温稳定性

由高温车辙试验得到图7为不同玄武岩纤维掺量下，沥青混合料的高温车辙试验结果，由数据可知，与未添加玄武岩纤维的橡胶沥青相比，当玄武岩纤维的掺量从0%增加到0.1%、0.3%、0.5%和0.7%时，沥青混合料的动稳定度分别提升了37.8%、44.7%、43.2%、32.7%，但掺量为0.3%时的动稳定度最大。当掺量高于0.5%时，呈下降趋势，说明在玄武岩纤维在达到0.7%之前的某一掺量时，纤维掺量已经达到饱和，分析其原因为纤维掺量过大导致沥青中出现了纤维的团结，从而影响了沥青混合料的高温稳定性。

2.2 低温性能

低温小梁试验试验得到图8为不同玄武岩纤维掺量下，沥青混合料的低温小梁弯曲试验结果，由图可得，武岩纤维的分别掺量为0.1%、0.3%、0.5%、0.7%时，沥青混合料的弯拉应变分别为，3852、4137、4308、3927 με，均满足规范要求，且较未添加玄武岩纤维时分别提高了23.9%、、33.1%、38.6%、26.3%。同沥青混合料的高温性能变化趋势相似，当玄武岩纤维掺量0.5%时，之后低温抗裂性能出现下降，因此，为了保证低温性能的改善效果，玄武岩纤维的掺量应低于0.5%。

图7 不同玄武岩纤维掺量时混合料动稳定度

图8 不同玄武岩纤维掺量时混合料弯拉应变

2.3 浸水马歇尔试验

从表4可以看出，随着玄武岩纤维掺量的增加，沥青混合料的稳定度大致都有所不同程度的增加，残留稳定度比呈上升趋势最高提升了11.2%，可见玄武岩纤维与橡胶沥青复合改性对沥青的水稳定性能有较好的改善效果，这是由于玄武岩纤维具有较低的吸湿力，能够减少水分浸入沥青膜，一定程度上抑制了混合料的水损害过程[13]，且纤维与沥青相互吸附，从而使混合料的抵抗荷载的能力增强[14]，从而提高了沥青混合料的水稳定性能。