玄武岩纤维增强沥青混凝土性能检测研究

曾昊星 吴林学

（河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南 郑州 450000）

1 玄武岩纤维的性能特点

玄武岩纤维（GBF）是以天然玄武岩矿石为原料在1450～1500℃熔融后，通过喷丝板拉伸而成的矿物纤维，技术指标应符合施工规定要求。

纤维的吸湿性能对纤维增强沥青混凝土具有重要意义。吸湿性大的纤维不仅存放时易吸水结团降低拌合分散性，还会使纤维沥青界面产生湿胀，造成沥青混凝土的水损害。精确称量两份100g GBF纤维，在105℃的烘箱里放置4h，烘干至恒重，冷却后称量烘干后纤维的质量，测定其平均吸水率为0.125%，符合规范小于5%的要求。

纤维的吸油性能反映了纤维吸持沥青的能力。吸油率高表明纤维与沥青的相容性好，有利于防止沥青在高温条件下发生析漏现象，提高混合料的高温稳定性。采用网篮试验测定GBF吸油率：精确称量两份5g GBF纤维，放置在漏勺上（漏勺的孔径要保持不能漏掉纤维），一起放入煤油中完全浸润5min后取出，手动上下抖动50次后（抖动过程中保持速度和幅度的稳定）称量其质量，测得GBF吸油率平均为纤维质量的4倍。

路用纤维必须具有足够的高温耐热性，以保证在拌和、运输及摊铺工程中性能不会大幅下降。玄武岩纤维的高温稳定性非常好，在600℃烘箱中放置2h后测得的强度为常温下强度的95%，保持了很好的力学完整性。

2 玄武岩纤维增强沥青混凝土性能试验检测要点

沥青混凝土的路用性能试验主要包括高温试验、低温试验及水稳定性试验。采用AC-16级配，玄武岩纤维掺量0.3%，进行玄武岩纤维沥青混凝土的路用性能试验，并与不掺加玄武岩纤维的普通沥青混凝土进行对比分析。

2.1 高温车辙试验

车辙的出现不仅降低了路面的平整度，而且危及到行车的稳定性，当车辙达到一定深度时，由于车辙槽内积水，极易造成汽车漂移而导致交通事故发生.车辙病害的引发，加剧了路面的早期破坏，车辙导致行车舒适性、安全性下降，对行车安全构成威胁，会造成重大经济损失和广泛的不良社会影响。

试件规格尺寸为300mm×300mm×50mm，成型试件的密度符合马歇尔标准击实试件密度100±1%的要求。

车辙试验温度为60℃，试验中采用钢制轮胎，外径a=200mm，轮宽b=50mm，轮压为0.7MPa，试验过程中钢轮行进的距离为230mm±10mm，往返碾压速度为42次/min±1次/min。试验过程中试件必须保温足够长时间，以确保试件内部温度一致。经过试验分析可得结果如表1所示。

表1 沥青混凝土车辙试验结果

由此可见，在AC-16结构中，玄武岩纤维沥青混凝土与普通沥青混凝土相比，动稳定度提高了730次/mm，提高率达到了88%，这说明玄武岩纤维对于提高沥青路面抗车辙能力作用显著。

2.2 低温抗裂试验

裂缝是沥青路面的一种重要病害形式，许多新建沥青路面在建成早期便出现路面开裂情况。沥青路面产生裂缝后，导致渗水，危害面层和基层。由于水份不断从裂缝进入基层，可导致路基软化致使路面承载力下降，使路面损坏程度逐渐加大，极大的影响了沥青路面的使用年限。

试件规格尺寸为300mm×300mm×50mm，试件成型后在室温条件下放置16h后脱模，再将车辙试件切割成7个250mm×30mm×35mm的棱柱体小梁试件，然后在MTS-810试验机上进行试验.试验温度为-10℃，加载速率为50mm/min。通过试验可得结果如表2所示。

表2 沥青混凝土低温小梁弯曲试验结果

在AC-16结构中，玄武岩纤维沥青混凝土与普通沥青混凝土相比，弯拉应变提高了7.6%，劲度模量提高了1118MPa，提高了41.7%，这表明玄武岩纤维沥青混凝土具有较好的抵抗低温开裂性能。

2.3 水稳定性试验

沥青路面的水损坏是沥青路面的早期损坏主要形式之一，沥青混合料在水的作用下油石剥离，沥青路面结构层强度降低。

2.3.1 浸水马歇尔试验

根据公路工程沥青及沥青混合料试验规程，浸水马歇尔试验的试验方法为：将成型好的标准马歇尔试件分成2组，一组在60℃恒温水槽中保温30～40min后测其马歇尔稳定度MS；另一组在60℃恒温水槽中保温48h后测其马歇尔稳定度MS1，由下式计算浸水残留稳定度MS0。

式中：MS0为试件的浸水残留稳定度，%；MS为试件的稳定度，KN；MS1为试件浸水48h后的稳定度，KN。

通过试验所得结果如表3所示。

表3 沥青混凝土浸水马歇尔试验结果

在AC-16结构中，玄武岩纤维沥青混凝土与普通沥青混凝土相比，稳定度和浸水稳定度均有所提高，分别提高了5.8%和18.4%，玄武岩纤维沥青混凝土的残留稳定度提高了12%，说明玄武岩纤维沥青混凝土比普通沥青混凝土具有更好的抗水损坏能力。

2.3.2 冻融劈裂试验

冻融劈裂试验的方法为将成型好的标准马歇尔试件分成2组，一组在25℃恒温水槽中浸水不少于2h后测其最大破坏荷载RT1；另一组在98.3～98.7kPa真空条件下饱水15min，然后恢复常压，试件在水中放置0.5h，再在-18℃冰箱中冷冻16h，然后放到60℃恒温水槽中浸水24h，再放入25℃恒温水槽中不少于2h后测其最大破坏荷载RT2。冻融劈裂抗拉强度比按下式计算：

式中：TSR为冻融劈裂试验抗拉强度比，%；RT1为未冻融劈裂强度Mpa；RT2为冻融劈裂强度，Mpa。

通过试验检测可得如下结果：玄武岩纤维沥青RT1为1.12Mpa，RT2为1.1Mpa，TSR为98.2%。

普通沥青混凝土RT1为0.91Mpa，RT2为0.80Mpa，TSR为87.9%。

在AC-16结构中，玄武岩纤维沥青混凝土与普通沥青混凝土相比，未冻融劈裂强度及冻融劈裂强度均有所提高，分别提高了23.1%和37.5%，这反映了纤维对于沥青混凝土抗拉强度的“加筋”增强效果.玄武岩纤维沥青混凝土的冻融劈裂试验抗拉强度比达到了98%，说明在水分作用下强度损失很少，具有很高的抗水损坏作用。

选择AC-16，以普通沥青为依托，玄武岩纤维掺量0.3%，通过试验得到以下结论：

第一，在高温稳定性方面，玄武岩纤维沥青混凝土与普通沥青混凝土相比，动稳定度提高.

第二，在低温抗裂性方面，玄武岩纤维沥青混凝土与普通沥青混凝土相比，弯拉应变提高.

第三，在抗水损坏性方面，玄武岩纤维沥青混凝土与普通沥青混凝土相比，稳定度和浸水稳定度均有所提高，残留稳定度提高.未冻融劈裂强度及冻融劈裂强度均有所提高，冻融劈裂试验抗拉强度比达到了98%。

由此可见，玄武岩纤维沥青混凝土具有良好的路用性能。

3 结束语

目前，有很多种类的材料已经作为增强材料得到了应用，纤维和聚合物就是其中重要的两种。然而，针对沥青改性的诸多材料之中，纤维因其优良的改善效果受到了广泛关注。本文详细对玄武岩 纤维增强沥青混凝土性能检测进行了分析，由此得出纤维增强对沥青混凝土路用性能具有良好的改善效果。