玄武巖纖維薄層罩面AC-10瀝青混合料性能研究

沈建成，任全生，韓方元，王 業，薛曉薇

（1.寧夏交通建設股份有限公司，銀川 750004；2.寧夏道路養護工程技術研究中心，寧夏 固原 756501；3.揚州大學 建筑科學與工程學院，江蘇 揚州 225127；4.江蘇天龍玄武巖連續纖維股份有限公司，江蘇 揚州 211401）

近年來，隨著我國交通工程的快速發展，重載交通的現象與日俱增。路面的維修養護工作越發緊迫和重要[1-2]。在諸多瀝青養護技術中，超薄磨耗層可以優化路面結構，提高行車的安全性，同時也能夠延長路面的使用壽命，具有突出的優點[3-6]。但也面臨著有待解決的不足，如抗裂、抗松散性能以及與下臥層的黏結性能有待加強[7]。

玄武巖纖維[8-9]作為一種加筋穩定劑已廣泛應用于路面材料領域，玄武巖纖維具有優良的性能、原材料分布廣且低廉等優點，在瀝青路面建設中受到越來越多的重視?，F階段，國內外對各種級配的玄武巖纖維瀝青混合料的性能進行了不同方面的探究，認為玄武巖纖維瀝青混合料較普通瀝青混合料具有更優的抗高溫車轍、抗低溫開裂和抗水損害等路用性能[10-11]。

1 原材料及組成設計

1.1 原材料

試驗選用SBS改性瀝青，各項指標測試結果見表1；粗集料選用玄武巖集料，細集料選用石灰巖集料，填料為石灰巖礦粉，集料密度見表2；纖維為江蘇天龍玄武巖連續纖維股份有限公司生產的玄武巖短切纖維，技術性能指標測試結果見表3。

表1 SBS改性瀝青性能指標

表2 集料密度測試結果

表3 玄武巖短切纖維性能指標及檢測數據

1.2 瀝青混合料組成設計

AC-10瀝青混合料是連續密級配瀝青混凝土，其密實性較好，是典型的懸浮密實結構，配合比設計如圖1所示；馬歇爾試驗數據見表4。

表4 AC-10普通瀝青混合料馬歇爾試驗結果

圖1 AC-10瀝青混合料設計級配曲線

普通AC-10瀝青混合料最佳油石比為5.6%，摻0.3%、6 mm玄武巖纖維瀝青混合料確定最佳油石比實驗方法與前者類似，最佳油石比為5.8%。

玄武巖纖維混合料最佳油石比較大，這是由于摻入的玄武巖纖維具有一定的吸油特性，在AC-10級配中需要更多的瀝青來形成懸浮密實結構。并且玄武巖纖維的加入，增加了混合料的比表面積，作為懸浮密實結構的AC-10，其骨架結構多通過瀝青的黏結而形成，所以增加了玄武巖纖維的混合料需要更多的瀝青吸附玄武巖纖維，使得纖維與礦料形成網絡結構，形成較好的受力構造。

加入玄武巖纖維后，除了密度指標，其余的馬歇爾指標都有所上升。密度降低是因為加入了玄武巖纖維的混合料需要更多的瀝青來達到最佳油石比，而玄武巖纖維密度與瀝青的密度都小于礦料的密度，因此密度相對降低。而玄武巖纖維具有分散作用力的作用，在成型馬歇爾試件時，玄武巖纖維將一部分的力分散，所以混合料不容易被擊實。纖維在混合料中，能夠很好地將瀝青與骨料黏結，在受到應力時，可以將一部分力分散開，從而保護了混合料的結構不受破壞，具有較好的穩定性。

2 路用性能檢測

2.1 高溫性能測試

選用抗車轍試驗和單軸貫入試驗評價瀝青混合料的高溫性能，單軸貫入試驗選用UTM-25試驗機，試驗機如圖2所示，試驗結果如圖3、圖4所示。

圖2 UTM-25試驗機

圖3 AC-10瀝青混合料高溫車轍試驗測試

圖4 AC-10瀝青混合料單軸貫入試驗測試

由圖3、圖4可知，摻玄武巖纖維的瀝青混合料相較于不摻纖維的，其動穩定度提高了22.9%，貫入強度提高了15.8%，說明通過添加玄武巖纖維可以使得混合料試件具備一定的在高溫情況下抵抗荷載的能力。因為玄武巖纖維無序地分布在混合料之中，必然形成錯亂的空間搭接，這有利于與瀝青共同形成受力網絡，限制集料在外力荷載下的移動，提高了瀝青混合料抗荷載變形能力。

2.2 低溫性能測試

試驗選用低溫小梁彎曲試驗判斷混合料的低溫性能，試驗結果見表5。

表5 AC-10瀝青混合料低溫抗裂試驗結果

通過表5數據可以得出摻了玄武巖纖維的混合料最大彎拉應變大于普通的不摻玄武巖纖維的瀝青混合料的彎拉應變，在摻和不摻纖維的情況下均符合規范要求的性能，因此，玄武巖纖維的加入可以一定程度上增加混合料的低溫性能。瀝青混合料的低溫性能主要受油石比和瀝青膠結料性能的影響，加入玄武巖纖維的瀝青混合料油石比上升了0.2%，而其抗彎應力較好于普通的混合料，說明玄武巖纖維的加入改善了瀝青混合料的性能，纖維的摻入承擔和分散了低溫應力，減少了低溫應力對瀝青混合料本身的損害，增強了混合料在低溫情況的韌性。

2.3 水穩定性能測試

水穩定性能選用浸水馬歇爾試驗進行研究評價，試驗數據見表6。

表6 AC-10瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果

摻6 mm、0.3%纖維的混合料的殘留穩定度提高了0.6%，摻入玄武巖纖維的馬歇爾試件水穩定度絕對值大于不摻纖維的，殘留穩定度基本沒有變化。

2.4 肯塔堡飛散試驗對比黏結性能

試驗選用肯塔堡飛散試驗對比混合料的黏結性能，進行混合料的肯塔堡飛散試驗首先需要成型混合料的馬歇爾試件，并將試件放置在20℃±0.5℃的恒溫水槽中養生20 h，后將馬歇爾試件從水槽中輕輕拿出，拭去表面的水分，放入到洛杉磯試驗機中以30~33 r/min的轉速旋轉300轉。轉滿300轉后取出試件的剩余部分，進行稱量。洛杉磯試驗機如圖5所示，試驗后試件如圖6所示，實驗數據如圖7所示。

圖5 洛杉磯試驗機

圖6 試驗后試件外貌

圖7 BF-AC-10肯塔堡飛散試驗結果

AC-10級配骨料間的相互作用多由瀝青的黏結作用形成。而薄層罩面作為維修養護的面層材料，需要在整平路面的同時，為瀝青路面提供更好的路用性能。AC-10作為小粒徑瀝青混合料，容易產生表層脫落的現象。利用肯塔堡飛散試驗可以評價其黏結性能，而摻入玄武巖纖維的瀝青混合料其黏結性能提高了7.0%。

2.4 瀝青混合料路用性能評價

通過路用性能測試判斷瀝青混合料是否可以滿足規范要求，同時也是結合實際情況最直觀的試驗方法。通過對摻入0.3%、6 mm玄武巖纖維的混合料和普通混合料采用路用性能試驗，通過比較可以發現摻入玄武巖纖維的混合料在一定程度上提高混合料的路用性能。

玄武巖纖維的加入在一定程度上將混合料很好地黏結起來，在受到高溫低溫這樣的物理變化時，纖維可以在一定程度上保護混合料保持原來的結構狀態不受破壞，在受到行車荷載等外力時可以分擔一部分力，使得混合料結構部分不受損害。通過直觀的試驗數據可以知道玄武巖纖維可以使混合料較好地提升其路用性能。

3 結束語

1）不摻玄武巖纖維的瀝青混合料最佳油石比為5.6%，摻量0.3%、長度為6 mm的混合料最佳油石比為5.8%。

2）路用性能測試發現摻入玄武巖纖維的瀝青混合料高溫穩定性和低溫抗裂性能較普通瀝青混合料有較大程度提升，水穩定性能相比而言無太大變化。

3）摻入玄武巖纖維的瀝青混合料黏結性能優于不摻纖維的瀝青混合料。