复掺纤维SMA-13沥青混合料性能试验研究

胡 敏

（新疆北朋土木工程检测咨询有限公司，新疆 乌鲁木齐 830016）

1 试验背景

以粗集料为主的SMA沥青混合料具有较强的高温抗车辙性能，并且由于具有较多的矿粉和沥青以及较少的细集料，使其黏结力较好，改善了沥青混合料的低温抗裂性能以及耐疲劳性能[1-2]，空隙率较小能够具有较好的水稳定性，而在SMA沥青混合料中加入纤维稳定剂是使其综合性能有所提高的方法之一。

目前,木素质纤维是SMA沥青混合料中最多使用并且具有较好稳定性的纤维稳定剂。一般情况下，木素质纤维沥青比起矿物纤维沥青多了0.4%的用量，这些多出的沥青用量被纤维内部所吸收，但木素质纤维在吸收了沥青之后并不会使沥青油膜的厚度以及混合料的性能有所提高，反倒是使沥青用油量有所上升，导致其增加了成本。

作为一种新型的绿色环保材料，玄武岩纤维具有与集料相同的材质，对于再生利用较有利，但因为其吸收能力较差，往往减少了沥青的用量，对于沥青混合料具有不同的改善效果[3]。试验表明，沥青混合料中掺入玄武岩纤维或木质素纤维可使其性能得到有效提高，其中对于沥青混合料的疲劳性能而言，掺入玄武岩纤维更有效。

2 复掺纤维SMA-13沥青混合料路用性能研究

2.1 高温稳定性能

0.7 MPa的荷载在60C的条件下，利用200 mm直径模拟车辆在轮迹轨道上进行反复运行，反复加压于车辙板，试验结果见图1。可以看出，以3∶0的BF跟CF比例，动稳定度有6 622次/毫米的最大值，此时具有最好的高温稳定性，比起单掺CF时的高温稳定性提高了12.6%。因此可知，比起单掺CF时的稳定度而言，单掺BF具有更大的动稳定度DS。表明SBS沥青混合料的高温性能方面，掺入BF的效果更佳。

图1 复掺纤维比与动稳定度的关系

SMA沥青在复掺了BF以及CF之后，随着不断增加CF比例，其动稳定度表现为不断降低，表明随比例不断变大的CF，其在SMA混合料具有更大的作用，此时BF对沥青混合料的高温性能仅具有较弱的改善作用。随着不断增加CF比例，沥青混合料的高温性能不断降低[4-5]。

试验过程中还发现，沥青用量随着不断增加CF而有所上升，试块表面有泛油现象。对沥青高温流变性能进行研究发现，沥青在60C时，掺入CF能使其高温流变性得到改善。

2.2 低温抗裂性能

对于5种沥青混合料的低温抗裂性能，采取小梁弯曲试验进行模拟。在-10±0.5C环境下，以50 mm/mm的加载速率进行试验，结果见表1。

表1 复掺纤维沥青混合料低温小梁弯曲试验结果

从试验结果可以看出，当集中荷载作用到小梁试块时，沥青混合料在低温状态下发生破坏的原因主要是拉伸到了集料间界面以至其出现破裂，并且随着不断增大的荷载作用而出现扩展。在加载时沥青混合料有较大的集中应力出现在粗集料表面以至于有剪切破坏出现，因此对于沥青混合料的低温抗裂性能而言沥青集料间的界面强度是较为重要的指标。随着CF占比的增大，纤维沥青具有更大的抗剪强度，并且具有翻倍的纤维吸油率，混合料中的纤维吸附了沥青，导致加大了纤维沥青的黏度和劲度，随着增强了沥青跟集料的界面强度，使SMA混合料表现出增大了的最大弯拉应变。

在沥青混合料中，玄武岩纤维具有较为明显的“加筋”作用，并且具有较强的抗拉伸强度，提高了开裂时所需的能量。在降低玄武岩纤维中的掺量时，导致出现降低的加筋作用，以不同程度影响了混合料的破坏弯拉应变。此外，对于掺入了玄武岩纤维以及木素质纤维的沥青混合料，其内部具有较为复杂的分布状态，可以使应力得到有效分散以及传递，使沥青混合料的低温抗裂性能有所增强。

2.3 水稳定性能

沥青路面在水资源入侵了沥青与集料界面，使集料表面逐渐开始剥离出沥青膜，导致集料间的黏结力消散而出现路面破坏[6]。对于复掺纤维沥青混合料，采用马歇尔试验以及冻融劈裂试验对其抗水损害性能进行评价。

2.3.1 浸水马歇尔试验

试验按规范要求选取马歇尔试块，将其中一组试块放置在温度为60C的恒温水槽中保温30 min，将另一组试件保温48 h，即可采用马歇尔试验对其稳定度进行试验。试验中对不同类型沥青混合料的水稳定性以残留稳定度进行评价，结果见图2。可知在SMA沥青混合料中单独掺入CF之后的稳定度要比单独掺入BF之后的稳定度效，掺入了BF后沥青混合料的残留稳定度比以0∶3的比例复掺BF以及CF的要有所提高，约为4.4%。

图2 沥青混合料浸水残留稳定度试验结果

随着不断增加CF用量，沥青混合料的残留稳定度有所增加，对于以2∶1的比例进行复掺BF和CF的沥青混合料而言，单掺CF的沥青混合料残留稳定度增加了1.5%；比1.5∶1.5的比例复掺BF和CF的沥青混合料的残留稳定度增加了2.0%；沥青混合料中，随着CF掺量在1.5%以上时，其稳定度表现出逐渐降低趋势，并且降低幅度逐渐增大。表明通过掺入纤维以提高沥青混合料的水稳定性的方式存在最优比例。对于1.5∶1.5复掺BF和CF的SMA沥青混合料的残留稳定度而言，其相对于单掺CF的SMA沥青混合料的稳定度有所提高，约为6.1%。在浸水残留稳定度的角度看，SMA沥青混合料在以1.5∶1.5的比例进行复掺时有最优的水稳定性能。

2.3.2 冻融劈裂试验

沥青混合料冻融劈裂强度比试验结果见图3。可以看出，冻融劈裂试验结果与马歇尔试验结果相似。沥青混合料的冻融劈裂强度在1.5∶1.5的比例下复掺BF和CF时具有最优效果。

分析可知，沥青混合料中加入纤维能使沥青迁移效果得到抑制，沥青混合料与矿料之间可通过玄武岩纤维的加筋作用而提高黏结力以及摩擦力等，使其残留稳定度及抗劈裂能力有所提高。

图3 沥青混合料冻融劈裂强度比试验结果

3 结语

从SMA沥青混合料路用性能出发，单掺BF的沥青混合料比起单掺CF的沥青混合料具有更优的综合性能，在1.5∶1.5的比例下复掺玄武岩纤维和木素质纤维时，沥青混合料的综合路用性能最佳。因此，考虑沥青混合料的性能效益，推荐以1.5∶1.5的比例复掺玄武岩纤维和木素质纤维。