玄武岩纤维沥青胶浆流变性能试验研究

潘晓慧 吴 星 张 聪

(扬州大学建筑科学与工程学院,江苏 扬州225000)

随着我国公路建设发展,沥青路面出现了许多病害,如开裂、车辙等[1],严重影响了行车安全,缩短了使用寿命。添加纤维改善沥青混合料性能作为一种提高路面材料性能的方法,得到越来越多的关注[2]。与其它纤维相比,玄武岩纤维具有拉伸强度高、弹性模量高、化学性能稳定等优点[3],在沥青材料中应用前景广阔。ZHANG等[4]采用CCT试验和BCT试验,研究纤维掺量对纤维沥青胶浆流变性能的影响；胡志钊等[5]采用动态剪切流变试验、锥入度试验等,评价纤维种类对沥青胶浆高、低温性能的影响；彭波等[6]采用网篮析出、动态剪切、弯曲梁流变等试验方法,研究不同类型沥青胶浆对沥青混合料路用性能影响。本文综合考虑了纤维种类、纤维掺量对沥青胶浆流变性能的影响,通过动态剪切流变试验和弯曲梁蠕变试验研究其作用规律,并采用环境扫描电镜对纤维及纤维沥青胶浆试样的微观形貌进行观测,分析其作用机理。

1 材料与试验

1.1 原材料

试验采用的沥青为SBS改性沥青,填料为石灰岩矿粉。采用的纤维技术指标汇总如表1所示。

表1 纤维性能指标及试验结果汇总

1.2 纤维沥青胶浆流变性能试验

2 试验结果与分析

2.1 高温流变性能分析

纤维沥青胶浆动态剪切流变试验结果如图1所示。

由图1可知,三种玄武岩纤维中,Ⅰ#玄武岩纤维沥青胶浆车辙因子最大,对沥青胶浆高温流变性能的改善效果最明显。Ⅱ#玄武岩纤维沥青胶浆最小,高温抗变形能力最弱。随着玄武岩纤维掺量的增大,沥青胶浆的有一个先增后减的趋势,在掺量约为2%时达到最大值,因此玄武岩纤维在沥青胶浆中的掺量存在一个最佳值约为2%。

图1 纤维种类、纤维掺量对沥青胶浆高温流变性能影响曲线

2.2 低温流变性能分析

纤维沥青胶浆BBR试验结果如图2所示。

图2 纤维种类、纤维掺量对沥青胶浆低温流变性能影响曲线

由图2可知,纤维的掺加使得沥青胶浆的蠕变劲度S值有一定程度的提高。三种短切玄武岩纤维沥青胶浆中,Ⅱ#玄武岩纤维沥青胶浆S值提高最明显,表现出最差的低温性能,而Ⅰ#玄武岩纤维沥青胶浆与木质素纤维沥青胶浆接近,S值相对较低,表现出最优的低温性能。Ⅰ#玄武岩纤维沥青胶浆的蠕变速率m值随纤维掺量的增加,有先增大再缓慢减小的趋势,纤维掺量为2%左右时,纤维沥青胶浆的m值达到最大值。试验过程中,当掺量超过4%时,纤维在沥青胶浆中的分散均匀性降低,BBR试验结果的离散性也较大,故纤维掺量不宜超过4%。

2.3 微观形貌观测

采用XL-30环境扫描电子显微镜对纤维沥青胶浆进行观测,扫描电镜图像见图3。

图3 掺短切玄武岩纤维沥青胶浆样品断面形貌图

由图可知,短切玄武岩纤维在胶浆中成空间网状分布,结构更稳定,高温时仍有较好的黏弹性,不易产生流变；其加筋作用也对减缓沥青流动、减少界面相对滑移起到一定效果,抵抗变形能力得到有效提高。

3 结论

3.1 玄武岩纤维的掺加能够改善沥青胶浆的高温流变性能,试验温度升高,改善程度越不明显。纤维掺量不宜超过4%,且存在一个最佳值,约为2%。纤维对沥青胶浆的流变性能影响与纤维种类有关。其中Ⅰ#玄武岩纤维对沥青胶浆的流变性能改善效果最显著。

3.2 玄武岩纤维在沥青胶浆中成空间网状分布,具有稳定、加筋等作用,增强胶浆的抗变形能力。