掺玄武岩纤维的沥青混凝土路用性能.pdf

交通世界TRANSPOWORLD收稿日期：2023-04-20作者简介：刘卫东（1976），男，河北武安人，工程师，从事公路工程施工相关工作。掺玄武岩纤维的沥青混凝土路用性能刘卫东（邯郸市交通运输局公路工程二处，河北 邯郸 056002）摘要：为改善掺加玄武岩纤维的沥青混凝土的路用性能，解决路面病害问题，依托实际工程，探讨了玄武岩纤维在沥青混凝土路面施工中的作用，对原材料的相应技术指标进行检测，并在一定范围内对不同玄武岩纤维掺量下的路用性能进行研究。结果表明，掺入适量玄武岩纤维的沥青混凝土的弯拉劲度模量、抗疲劳性、高温稳定性和水稳定性均有所改善，且掺量在0.3%时混凝土综合性能最优；玄武岩纤维沥青混凝土是一种较好的面层材料，可用于公路路面施工。关键词：玄武岩纤维；路用性能；沥青混凝土；沥青混合料中图分类号：U414文献标识码：B0 引言沥青路面因行车舒适、养护方便、路用性能好等优势而被广泛应用于我国公路建设中。随着车流量和重载交通量的增加，沥青路面路用性能要求也逐步提高。众多学者研究发现，玄武岩纤维沥青混凝土对路用性能具有一定的增强作用，且玄武岩纤维掺量的改变也会影响沥青混合料的抗疲劳特性、高温稳定性和水稳定性等路用性能1-2，因此探究不同掺量下沥青混合料的路用性能对解决路面病害问题具有重要意义，同时明确玄武岩纤维沥青混凝土的优势，可为今后道路路面施工提供进一步指导。1 工程概况某公路工程全线长85 km，起点桩号为K312+200，终点桩号为K377+200，设计时速为60 km/h，施工路段路基最大填高为8.6 m，最小填高为2.3 m，设置双向四车道，路基宽 24.5 m，经过现场测试及试验，其压实度、平整度、坡度、厚度均满足施工规范要求。本文选择该高速路段 K345+400K345+900作为试验路段，进行掺加玄武岩纤维的沥青混合料摊铺。2 原材料性能研究2.1 集料依据公路工程集料试验规程相关规定进行集料各项指标试验3。选取的集料要具有足够的强度，保证能抵抗车辆荷载的反复碾压；为确保与沥青具有良好的黏结性，尽量选取碱性集料；集料应具有一定的黏附性，保证浸水状态下沥青与集料不相互剥离。集料性能指标检测结果和技术要求见表1。表1 集料性能指标检测结果技术指标坚固性压碎值针片状颗粒含量洛杉矶磨耗损失细长扁平颗粒含量0.075 mm颗粒含量吸水率检测结果8.05.54.017.35.90.450.71技术要求12%10%10%28%15%1%2是否合格合格合格合格合格合格合格合格由表1可知，所选集料满足规范要求，可掺入沥青混合料。2.2 矿粉本文选取由石灰石等憎水性石料磨细后所得的矿粉，其表面洁净干燥，采用李氏比重瓶法测定密度。沥青混合料矿粉试验结果见表2。表2 沥青混合料矿粉试验结果检测指标视密度/（g/cm3）含水量（%）粒度范围0.6 mm粒度范围0.15 mm粒度范围0.075 mm外观试验结果2.8040.581009488符合要求技术要求2.511009010075100无团粒结块31总659期2023年第29期（10月 中）由上述试验结果可知，所选矿粉的各项技术指标均满足规范要求，可掺入沥青混凝土。3 玄武岩纤维掺量对路用性能的影响为了研究不同玄武岩纤维掺量下沥青混合料的路用性能，本文分别采用玄武岩纤维掺量为0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%的沥青混合料进行路用性能检测。3.1 水稳定性本文通过冻融劈裂试验分析玄武岩纤维沥青混合料的水稳定性。按照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011）的规定进行试验，结果见表3、图1。表3 水稳定性试验结果纤维掺量（%）残留稳定度（%）冻融劈裂强度比（%）081.5652.460.187.6555.350.292.0358.460.393.0959.100.493.4559.39由图 1 和表 3 可知，当加入 0%,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%的玄武岩纤维时，冻融劈裂强度比分别为52.46%,55.35%,58.46%,59.10%,59.39%，可见随着玄武岩纤维加入量的增加，沥青混合料的冻融劈裂强度比明显提高，这是因为玄武岩纤维具有较好的表面浸润性，可以和沥青更好地黏结，同时玄武岩纤维具有较高的弹性模量，使混合料产生较强的抗弯拉能力，有效减少了裂缝的产生。3.2 马歇尔试验采用马歇尔试验测定沥青混合料试件的破坏荷载和抗变形能力。在我国沥青路面工程中，马歇尔稳定度和流值是沥青混合料配合比设计的主要指标。马歇尔试验结果见表4、图2、图3。表4 马歇尔试验结果纤维掺量（%）稳定度/kN流值/mm07.352.350.17.962.240.28.522.160.38.772.100.48.802.11由表 4 和图 2、图 3 可知，当玄武岩纤维掺量为0%,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%时，稳定度分别为7.35 kN，7.96 kN,8.52 kN,8.77 kN,8.80 kN；流值分别为2.35 mm,2.24 mm,2.16 mm,2.10 mm,2.11 mm。可见，随着掺量的增加，稳定度逐渐增大，流值逐渐降低，表明玄武岩纤维的掺入增大了沥青混合料的稳定性，提高了受力性能。3.3 高温稳定性高温稳定性是沥青混合料在高温条件下承受车辆荷载反复作用而不发生显著的永久性变形的能力。通常通过车辙试验测定沥青路面的高温稳定性，以动稳定度来评价高温抗车辙能力，车辙试验温度为60 C，轮压为0.7 MPa，试验轮行走距离为230 mm10 mm，行走速度为 42 次/min1 次/min，试件尺寸为 30 cm30cm5 cm。试验结果见表5、图4。表5 高温稳定试验结果00.10.21.8751.6251.4311.9751.7651.5526 2056 6127 256纤维掺量（%）45 min变形/mm60 min变形/mm动稳定度DS/（次/mm）冻融劈裂强度比残留稳定度纤维掺量（%）0.00.10.20.30.495908580757065605550试验结果（%）图1 不同纤维量对应的残留稳定度和冻融劈裂强度比纤维掺量（%）0.00.10.20.30.4图2 不同纤维掺量下稳定度值9.08.88.68.48.28.07.87.67.47.2稳定度/kN纤维掺量（%）0.00.10.20.30.4图3 不同纤维掺量下流值变化情况2.352.302.252.202.152.10流值/mm32交通世界TRANSPOWORLD0.30.41.3621.3581.4421.4397 5627 602表5（续）纤维掺量（%）45 min变形/mm60 min变形/mm动稳定度DS/（次/mm）由表5和图4可知，纤维掺量为0%,0.1%,0.2%,0.3%,0.4%时，动稳定度分别为 6 025 次/mm,6 612 次/mm,7 256 次/mm,7 562次/mm,7 602次/mm，表明玄武岩纤维可有效改善沥青混合料的高温稳定性，提高沥青混凝土的抗车辙能力。这主要因为玄武岩纤维较强的浸润性增大了结构沥青比例，从而增大黏附性，同时纤维在混合料中交错分布成纤维空间网络，分散了混合料内部应力，提高了其强度和劲度2。3.4 低温抗裂性低温抗裂性是沥青混合料在低温下具有一定的柔韧性，以保证低温时不产生裂缝的能力，本文进行低温弯曲试验，试验温度为0 C，测得弯拉劲度模量用以评价低温抗裂性，试验结果见表6，不同纤维掺量下混合料的弯拉劲度模量见图5。表6 低温弯曲试验结果纤维掺量（%）弯拉劲度模量/MPa03 4880.13 5680.23 6520.33 6650.43 626由表6和图5可知，当纤维掺量为0%,1%,2%,3%,4%时，弯拉劲度模量分别为 3 488 MPa,3 568 MPa,3 652 MPa,3 665 MPa,3 626 MPa，可见玄武岩纤维的掺入明显增大了混合料的弯拉劲度模量，因为玄武岩具有较好的物化性能，低温下不变硬、变脆，故加筋作用使混合料具有了较好的柔韧性，提高了混合料的低温应变能力3。3.5 耐久性对试件进行耐久性试验，结果见表7。不同纤维掺量下混合料的疲劳寿命见图6。表 7 疲劳耐久试验结果纤维掺量（%）疲劳寿命/次01 3380.11 8560.22 3690.32 4400.42 542由图6和表7可知，当纤维掺量为0%,1%,2%,3%,4%时，疲劳寿命分别为1 338次，1 856次，2 369次，2 440次，2 542次。可见，掺入纤维后疲劳寿命得以明显提高，沥青混合料的疲劳耐久性得以明显改善。4 结束语加入玄武岩纤维后，沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和抗疲劳特性均有不同程度的改善。综合考虑各路用性能，在AC-13C型沥青混合料中掺入玄武岩纤维的比例在3%左右较好，可以满足施工要求，故可用掺入3%玄武岩纤维的沥青混凝土进行路面面层铺筑。参考文献：1 陈庭光.掺加玄武岩纤维的沥青混合料性能试验研究J.石油沥青，2018，32（5）：45-47，66.2 曾志远.玄武岩纤维沥青路用性能及结构分析D.杭州：浙江大学，2013.3 甄娜娜.沥青混合料中掺加玄武岩纤维对路用性能的改善研究J.现代商贸工业，2009（5）：296-297.纤维掺量（%）0.00.10.20.30.4图4 不同纤维掺量下混合料动稳定度值动稳定度/（次/mm）7 8007 6007 4007 2007 0006 8006 6006 4006 2006 000纤维掺量（%）0.00.10.20.30.4图5 不同纤维掺量下混合料的弯拉劲度模量3 6803 6603 6403 6203 6003 5803 5603 5403 5203 5003 480弯拉劲度模量/MPa纤维掺量（%）0.00.10.20.30.4图6 不同纤维掺量下混合料的疲劳寿命2 6002 4002 2002 0001 8001 6001 4001 200疲劳寿命/次33