玄武岩纤维沥青混合料性能研究

王洋 李雪萍 薛冰

摘 要为预防沥青路面病害的形成，将纤维添加到沥青混合料中已得到广泛应用。为了研究玄武岩纤维对沥青路面的影响，本文选用动态剪切、拉伸试验对掺有6%纤维沥青胶浆的抗剪能力、延展性及纤维沥青混合料性能进行研究。研究表明：纤维的掺入能够增强沥青胶浆的抗剪切能力及高温稳定性;当纤维掺入量为 0.4% 时，混合料路用性能最优。

关键词玄武岩纤维;纤维胶浆;沥青混合料;路用性能

1 沥青混合料级配设计

1.1 原材料性能

沥青为SBS 改性沥青，其主要技术指标检测结果见表1，玄武岩纤维为GBF17μm-12mm短切纱，其主要技术指标检测结果见表1。

1.2 配合比设计及马歇尔试验结果

本文选用AC-13C混合料进行研究，粗集料为10-15mm、5-10mm、3-5mm石灰岩碎石，细集料为0-3mm石灰岩机制砂，矿粉由石灰岩磨细制成，粗、细集料及矿粉主要技术指标均满足相关规范要求，矿料级配设计结果见表2。

对普通AC-13C混合料及掺有0.4%玄武岩纤维的AC-13C混合料开展马歇尔试验，试验结果见表3。

2 玄武岩纤维沥青胶浆性能

将加热好的沥青置入高速剪切机，同时添加6%的玄武岩纤维，均匀搅拌30min，配置纤维沥青胶浆。

2.1 高温性能

本文选用动态剪切仪进行不同温度下沥青胶浆的抗剪切试验。不同温度下沥青胶浆动态剪切强度检测结果见表 4。

由表4得出：温度越高，抗剪切强度试验结果越低，这主要因为沥青胶浆随温度升高黏度降低，抗剪切能力降低引起的;同一温度时，玄武岩纤维的掺入可以增强沥青胶浆的抗剪切性能。

2.2 低温性能

将加热后的沥青胶浆进行浇模，室温下放置24h，将脱模后的试件放入温度为（20±1）℃的高低温恒温水浴中2h，最后开展沥青胶浆低温性能试验，试验结果见表5。

由表 5 得出：掺有6%纤维的沥青胶浆抗拉伸强度试验结果明显大于未掺纤维的，而断裂延伸率试验结果刚好相反。这是因为纤维对沥青起到加筋、增韧的效果，提高沥青的抗拉能力，降低了延展能力。

3 路用性能研究

3.1 高温稳定性

本文选用车辙试验对混合料进行研究，参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）的要求进行试验。不同纤维掺量时混合料动稳定度试验结果见图1。

由图1得出：随着纤维添加量的增大，混合料动稳定度试验结果呈现先升高后降低的趋势，当掺量为0.4% 时，试验结果达到峰值。这主要因为纤维乱象分散在混合料中能够起到加筋、增韧的作用，改善了混合料抵抗剪切变形能力，提高混合料高温稳定性;当纤维用量大于0.4% 时，过多的纤维会吸附沥青，导致矿料之间的沥青膜变薄，会降低混合料的高温稳定性。

3.2 低温抗裂性

本文选用低温小梁弯曲试验对混合料进行低温抗开裂性能研究，混合料低温弯曲破坏应变试验结果见图3。

由图2得出： 随着纤维用量的增加，混合料的低温弯曲破坏应变试验结果呈现先升高后降低的趋势，当纤维用量为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%时，试验结果依次提高了3.0%、9.5%、20.9%、17.3%、6.4%。这是主要因为纤维分散在混合料中能够改善矿料间的黏结性能，增强混合料抗低温抗开裂能力。

3.3 水稳定性

本文选用浸水马歇尔残留稳定度及冻融劈裂残留强度比试验研究混合料的抗水损害能力。不同纤维用量时混合料浸水马歇尔残留稳定度及冻融劈裂残留强度比试验结果分别见图3、图4。

由图3得出：随着纤维用量的增大，混合料浸水马歇尔残留稳定度试验结果呈现先升高后降低的趋势，当纤维用量分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%时，试验结果分别提高3.4%、4.6%、5.7%、6.9%、4.6%。由图4得出：随着纤维用量的增大，混合料冻融劈裂残留强度比试验结果呈现先升高后降低的趋势，当纤维用量分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5% 时，试验结果分别提高2.4%、4.8%、7.1%、9.5%和 5.9%。这主要因为纤维与沥青具有很好的相容性，能够吸附大量的沥青，增加了混合料饱和度，降低了矿料之间的空隙，使沥青路面更加密实，改善混合料的抗水损害能力。当纤维用量为0.4%时，沥青路面抗水损害能力最佳。

4 結论

（1）随着温度的升高，沥青胶浆抗剪切能力降低;掺有6%纤维的沥青胶浆抗拉伸性能明显优于未掺纤维的，但断裂延伸率变化结果相反。

（2）随着纤维用量的增大，混合料动稳定度、低温破坏应变、浸水马歇尔残留稳定度以及冻融劈裂残留强度比试验结果均呈现先升高后降低的趋势，当纤维用量为0.4%时，混合料综合路用性能最优。

参考文献

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