玄武岩纤维薄层罩面AC-10沥青混合料性能研究

沈建成，任全生，韩方元，王 业，薛晓薇

（1.宁夏交通建设股份有限公司，银川 750004；2.宁夏道路养护工程技术研究中心，宁夏 固原 756501；3.扬州大学 建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225127；4.江苏天龙玄武岩连续纤维股份有限公司，江苏 扬州 211401）

近年来，随着我国交通工程的快速发展，重载交通的现象与日俱增。路面的维修养护工作越发紧迫和重要[1-2]。在诸多沥青养护技术中，超薄磨耗层可以优化路面结构，提高行车的安全性，同时也能够延长路面的使用寿命，具有突出的优点[3-6]。但也面临着有待解决的不足，如抗裂、抗松散性能以及与下卧层的黏结性能有待加强[7]。

玄武岩纤维[8-9]作为一种加筋稳定剂已广泛应用于路面材料领域，玄武岩纤维具有优良的性能、原材料分布广且低廉等优点，在沥青路面建设中受到越来越多的重视。现阶段，国内外对各种级配的玄武岩纤维沥青混合料的性能进行了不同方面的探究，认为玄武岩纤维沥青混合料较普通沥青混合料具有更优的抗高温车辙、抗低温开裂和抗水损害等路用性能[10-11]。

1 原材料及组成设计

1.1 原材料

试验选用SBS改性沥青，各项指标测试结果见表1；粗集料选用玄武岩集料，细集料选用石灰岩集料，填料为石灰岩矿粉，集料密度见表2；纤维为江苏天龙玄武岩连续纤维股份有限公司生产的玄武岩短切纤维，技术性能指标测试结果见表3。

表1 SBS改性沥青性能指标

表2 集料密度测试结果

表3 玄武岩短切纤维性能指标及检测数据

1.2 沥青混合料组成设计

AC-10沥青混合料是连续密级配沥青混凝土，其密实性较好，是典型的悬浮密实结构，配合比设计如图1所示；马歇尔试验数据见表4。

表4 AC-10普通沥青混合料马歇尔试验结果

图1 AC-10沥青混合料设计级配曲线

普通AC-10沥青混合料最佳油石比为5.6%，掺0.3%、6 mm玄武岩纤维沥青混合料确定最佳油石比实验方法与前者类似，最佳油石比为5.8%。

玄武岩纤维混合料最佳油石比较大，这是由于掺入的玄武岩纤维具有一定的吸油特性，在AC-10级配中需要更多的沥青来形成悬浮密实结构。并且玄武岩纤维的加入，增加了混合料的比表面积，作为悬浮密实结构的AC-10，其骨架结构多通过沥青的黏结而形成，所以增加了玄武岩纤维的混合料需要更多的沥青吸附玄武岩纤维，使得纤维与矿料形成网络结构，形成较好的受力构造。

加入玄武岩纤维后，除了密度指标，其余的马歇尔指标都有所上升。密度降低是因为加入了玄武岩纤维的混合料需要更多的沥青来达到最佳油石比，而玄武岩纤维密度与沥青的密度都小于矿料的密度，因此密度相对降低。而玄武岩纤维具有分散作用力的作用，在成型马歇尔试件时，玄武岩纤维将一部分的力分散，所以混合料不容易被击实。纤维在混合料中，能够很好地将沥青与骨料黏结，在受到应力时，可以将一部分力分散开，从而保护了混合料的结构不受破坏，具有较好的稳定性。

2 路用性能检测

2.1 高温性能测试

选用抗车辙试验和单轴贯入试验评价沥青混合料的高温性能，单轴贯入试验选用UTM-25试验机，试验机如图2所示，试验结果如图3、图4所示。

图2 UTM-25试验机

图3 AC-10沥青混合料高温车辙试验测试

图4 AC-10沥青混合料单轴贯入试验测试

由图3、图4可知，掺玄武岩纤维的沥青混合料相较于不掺纤维的，其动稳定度提高了22.9%，贯入强度提高了15.8%，说明通过添加玄武岩纤维可以使得混合料试件具备一定的在高温情况下抵抗荷载的能力。因为玄武岩纤维无序地分布在混合料之中，必然形成错乱的空间搭接，这有利于与沥青共同形成受力网络，限制集料在外力荷载下的移动，提高了沥青混合料抗荷载变形能力。

2.2 低温性能测试

试验选用低温小梁弯曲试验判断混合料的低温性能，试验结果见表5。

表5 AC-10沥青混合料低温抗裂试验结果

通过表5数据可以得出掺了玄武岩纤维的混合料最大弯拉应变大于普通的不掺玄武岩纤维的沥青混合料的弯拉应变，在掺和不掺纤维的情况下均符合规范要求的性能，因此，玄武岩纤维的加入可以一定程度上增加混合料的低温性能。沥青混合料的低温性能主要受油石比和沥青胶结料性能的影响，加入玄武岩纤维的沥青混合料油石比上升了0.2%，而其抗弯应力较好于普通的混合料，说明玄武岩纤维的加入改善了沥青混合料的性能，纤维的掺入承担和分散了低温应力，减少了低温应力对沥青混合料本身的损害，增强了混合料在低温情况的韧性。

2.3 水稳定性能测试

水稳定性能选用浸水马歇尔试验进行研究评价，试验数据见表6。

表6 AC-10沥青混合料浸水马歇尔试验结果

掺6 mm、0.3%纤维的混合料的残留稳定度提高了0.6%，掺入玄武岩纤维的马歇尔试件水稳定度绝对值大于不掺纤维的，残留稳定度基本没有变化。

2.4 肯塔堡飞散试验对比黏结性能

试验选用肯塔堡飞散试验对比混合料的黏结性能，进行混合料的肯塔堡飞散试验首先需要成型混合料的马歇尔试件，并将试件放置在20℃±0.5℃的恒温水槽中养生20 h，后将马歇尔试件从水槽中轻轻拿出，拭去表面的水分，放入到洛杉矶试验机中以30~33 r/min的转速旋转300转。转满300转后取出试件的剩余部分，进行称量。洛杉矶试验机如图5所示，试验后试件如图6所示，实验数据如图7所示。

图5 洛杉矶试验机

图6 试验后试件外貌

图7 BF-AC-10肯塔堡飞散试验结果

AC-10级配骨料间的相互作用多由沥青的黏结作用形成。而薄层罩面作为维修养护的面层材料，需要在整平路面的同时，为沥青路面提供更好的路用性能。AC-10作为小粒径沥青混合料，容易产生表层脱落的现象。利用肯塔堡飞散试验可以评价其黏结性能，而掺入玄武岩纤维的沥青混合料其黏结性能提高了7.0%。

2.4 沥青混合料路用性能评价

通过路用性能测试判断沥青混合料是否可以满足规范要求，同时也是结合实际情况最直观的试验方法。通过对掺入0.3%、6 mm玄武岩纤维的混合料和普通混合料采用路用性能试验，通过比较可以发现掺入玄武岩纤维的混合料在一定程度上提高混合料的路用性能。

玄武岩纤维的加入在一定程度上将混合料很好地黏结起来，在受到高温低温这样的物理变化时，纤维可以在一定程度上保护混合料保持原来的结构状态不受破坏，在受到行车荷载等外力时可以分担一部分力，使得混合料结构部分不受损害。通过直观的试验数据可以知道玄武岩纤维可以使混合料较好地提升其路用性能。

3 结束语

1）不掺玄武岩纤维的沥青混合料最佳油石比为5.6%，掺量0.3%、长度为6 mm的混合料最佳油石比为5.8%。

2）路用性能测试发现掺入玄武岩纤维的沥青混合料高温稳定性和低温抗裂性能较普通沥青混合料有较大程度提升，水稳定性能相比而言无太大变化。

3）掺入玄武岩纤维的沥青混合料黏结性能优于不掺纤维的沥青混合料。