玄武岩纤维增强AC-13C沥青混合料性能研究
2021-07-15陈昌宇
陈昌宇
摘 要：针对目前AC级配沥青混合料性能不足，采用掺加0.4%玄武岩纤维增强AC-13C沥青混合料性能，通过马歇尔试验方法，分别确定了未添加玄武岩纤维AC-13C的最佳油石比4.9%，添加0.4%玄武岩纤维AC-13C的最佳油石比为5.2%;采用车辙试验、低温弯曲梁试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验等，分析了添加玄武岩纤维对AC-13C沥青高温性能、低温抗裂性能和水稳定性的影响。结果表明：添加玄武岩纤维可有效提高AC-13C沥青混合料的抗车辙性能、弯拉应变、残留稳定度和残留强度比，说明玄武岩纤维的加筋、桥接、增韧等增强作用可显著提升AC-13C的路用性能，并提升其耐久性。
关键词：道路工程 玄武岩纤维 AC-13C沥青混合料 油石比 路用性能
中图分类号：U414 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）03（c）-0116-05
Research on Performance of Basalt Fiber Reinforced
AC-13C Asphalt Mixture
CHEN Changyu
（Hunan Xiangping Road and Bridge Construction Co.， Ltd.， Changsha， Hunan Province， 410114 China）
Abstract： In view of the performance of AC-13C asphalt mixture is insufficient at present， the performance of AC-13C asphalt mixture is enhanced by adding 0.4% basalt fiber， and the optimal asphalt to stone ratio of 4.9% without adding basalt fiber and 5.2% with adding 0.4% basalt fiber AC-13C are determined by Marshall test method. The influence of basalt fiber on the high temperature performance， low temperature crack resistance and water stability of AC-13C asphalt was analyzed by rutting test， low temperature bending beam test， soaking Marshall test and freeze-thaw split test. The results show that the addition of basalt fiber can effectively improve the rutting resistance， bending strain， residual stability and residual strength ratio of AC-13C asphalt mixture， which indicates that the reinforcement， bridging and toughening of basalt fiber can significantly improve the road performance and durability of AC-13C asphalt mixture.
Key Words： Road engineering; Basalt fiber; AC-13C asphalt mixture; Asphalt-aggregate ratio; Road performance
密級配沥青混凝土混合料AC结构是目前使用最广泛的沥青路面结构，一般不掺加纤维，但AC结构的沥青路面车辙性能普遍较差，且经常产生水稳定性不足的情况，特别在湖南地区，高温重载相当严重，且常年雨水较多，提高混合料AC结构的路用性能相当重要。因此，通过研究掺玄武岩纤维AC结构沥青混合料的路用性能，改善悬浮—密实结构现有的不足，提升南方高温多雨地区沥青路面质量具有重要意义。
袁玉卿等人研究在不同玄武岩纤维掺量下的透水沥青混凝土的性能，认为PAC的最佳玄武岩纤维掺量为0.3%～0.4%。王子枫等人通过多种室内试验对掺加玄武岩纤维的PAC-13混合料性能进行研究，发现纤维的掺入提高了PAC-13混合料渗水的有效空隙率和渗水系数。杨程程等人运用极差分析法和方差分析法，分析了玄武岩纤维掺量、纤维长径比和纤维模量对沥青混合料弯拉性能影响的敏感性，并对玄武岩纤维参数进行了单因素分析。罗倩研究了玄武岩纤维对大空隙沥青混合料路用性能的影响。钱振东等人分析了2%～10%短切玄武岩纤维掺量对改性环氧沥青及其混合料性能的影响，认为与普通环氧沥青混合料相比，掺2%、4%和6%短切玄武岩纤维的改性环氧沥青混合料依然保持良好的高温性能。顾倩俪等人研究了玄武岩纤维长度对沥青混合料性能的影响，发现与单掺6 mm玄武岩纤维相比，混合长度玄武岩纤维对沥青混合料的抗疲劳性能和抗开裂性能改善最为明显。卢祎苗等人分析了高温-水浴耦合作用下，玄武岩纤维对沥青混合料抗车辙形变能力和抗水损伤衰变性能的影响。
论文通过马歇尔试验确定最佳油石比，并通过车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验等，评价玄武岩纤维对AC-13C沥青混合料性能的影响。
1 原材料性能
1.1 沥青
沥青采用泰普克SBS改性沥青，性能指标具体见表1。
1.2 集料
辉绿岩粗集料性能指标具体见表2。
1.3 玄武岩纤维
玄武岩纤维长度为6 mm，性能要求具体见表3。
2 玄武岩纤维增强AC-13C沥青混合料组成设计
2.1 AC-13C级配组成
玄武岩纤维增强AC-13C级配曲线图见图1。
2.2 最佳油石比确定
对不掺加玄武岩纤维和掺0.4%玄武岩纤维的沥青混合料进行马歇尔试验[1]，试验结果分别见表4和表5。
由表4和表5的结果计算得出：不加玄武岩纤维AC-13C最佳油石比为4.9%，添加0.4%纤维掺量AC-13C的最佳油石比为5.2%，说明在玄武岩纤维具有一定的吸油能力，可增加沥青混合料的沥青用量。
3 玄武岩纤维增强AC-13C沥青混合料路用性能
3.1 高温稳定性
釆用车辙试验方法评价掺0.4%玄武岩纤维对AC-13C沥青混合料高温性能的影响[2-3]，车辙试验结果见表6。
由表6可知，玄武岩纤维加入后，AC-13C改性沥青混合料的动稳定度提高4 802次/mm，永久变形减小1.521 mm，表明玄武岩纤维可以有效地改善SBS改性沥青混合料的高温稳定性。沥青混合料掺加玄武岩纤维后，其抗车辙性能显著提高，主要原应是三维随机分布的玄武岩纤维吸附沥青后，形成了三维网络结构，从而沥青胶浆性能增强，沥青混合料的高溫稳定性得到提高。
3.2 低温抗裂性
采用低温弯曲试验评价其低温抗开裂性能，试验温度为（-10±0.5）℃[4-5]，试验结果见表7。
由表7可知，玄武岩纤维加入后，沥青混合料的弯拉强度提高了10.8%，弯拉应变提高了24.9%，劲度模量降低了11.3%，说明掺加玄武岩纤维的沥青混合料低温抗裂性有所改善，主要因为玄武岩纤维能吸附自由沥青，从而增大混合料内部粘结力，且玄武岩纤维对沥青混合料的“桥接”和“加筋”作用能防止沥青路面产生裂缝。
3.3 水稳定性
釆用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验评价玄武岩纤维增强AC-13C的水稳定性[6-7]，结果见表8。
从表8中试验结果可以得知，添加和未添加玄武岩纤维的AC-13C沥青混合料的水稳定性均满足规范要求，但掺玄武岩纤维混合料的残留稳定度和残留强度比均有所提高，表明沥青混合料中加入玄武岩纤维后，其抗水损害性能得到增强，其原因主要是：玄武岩纤维被沥青吸附后，沥青混合料的饱和度增大，孔隙率减小，密实性加强，沥青路面压实后，水不易渗透至沥青和矿料界面上，从而沥青路面水稳定性能增强。
4 结语
（1）通过马歇尔试验，确定了未掺玄武岩纤维和0.4%玄武岩纤维掺量的AC-13C的最佳油石比分别为4.9%和5.2%。
（2）加入玄武岩纤维后，沥青混合料的动稳定度和弯拉应变有所提高，永久变形减小，说明玄武岩纤维科提升AC-13C高温稳定性和低温抗裂性。
（3）掺加0.4%玄武岩纤维比未掺加纤维的AC-13C残留稳定度和残留强度比均有提高，表明玄武岩纤维可有效改善AC-13C的水稳定性。
参考文献
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