玄武岩纤维SMA-13沥青混合料路用性能研究（玄武岩纤维SMA-13沥青混合料路用性能研究）

玄武岩纤维SMA-13沥青混合料路用性能研究（玄武岩纤维SMA-13沥青混合料路用性能研究）在混合料中加入适量的纤维，能够起到加筋效果，增强沥青路面的承载能力，提高路面的整体性能。本研究选用玄武岩纤维和木质素纤维，两种纤维相关技术指标见表2纤维性能原材料沥青SBS改性沥青具有良好的弹性和韧性，能够改善沥青路面的抗老化、水稳定性、承载能力等。因此，本研究选用SBSI-C改性沥青，SBSI-C改性沥青各项指标试验结果见表1

SMA是由沥青玛蹄脂填充集料骨架间隙组成的沥青混合料，具有较好的路用性能，在高等级公路中被广泛运用。玄武岩纤维具有很好的物理、化学性能，且环保节能，批量生产技术成熟，性价比较高，能够取代SMA沥青混合料中的木质纤维，改善木质素纤维耐高温性能差、易吸水等缺点。研究纤维在沥青胶浆中的作用以及纤维掺量和长度对沥青胶浆性能的影响，确定沥青混合料中纤维的掺量及长度。本研究通过对SMA-13沥青混合料开展高温稳定性试验、低温抗开裂试验、水稳定性试验得出玄武岩纤维的掺入能够改善沥青混合料的路用性能，其中高温稳定性改善效果较木质素纤维提高了34.9%。

关键词

玄武岩纤维 | 矿料级配 | 油石比 | 沥青混合料 | 路用性能

沥青玛蹄脂是由沥青、矿粉、纤维及少量细集料构成用于填充粗集料空隙的混合料。在我国高等级路面结构层设计过程中，越来越多的选用SMA混合料作为路面面层。现阶段常见的纤维主要包括:矿物纤维、木质素纤维、聚合物纤维。其中，木质素纤维是最先应用在SMA沥青混合料中的，且施工工艺成熟，价格适宜。聚合物纤维能够较好的吸附沥青，同时对混合料起到加筋增韧的效果，但其生产工艺复杂，成本太高，因此在工程中应用较少。玄武岩纤维是一种矿物纤维，它兼顾常规纤维的优点，生产工艺成熟，取材方便，对环境污染极小，同时与沥青混合料具有较好的相容性，伴随施工技术的不断提高，玄武岩纤维渐渐被公路工程研究者所重视。本文通过对玄武岩纤维掺量分别为0%、1%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%以及纤维长度为3mm、6mm、9mm的沥青胶浆开展延度、软化点、弹性恢复等试验，确定纤维的最佳掺量及长度;最后研究玄武岩纤维的掺入对SMA-13沥青混合料路用性能的影响，对延长沥青路面的使用寿命具有指导意义。

原材料

沥青

SBS改性沥青具有良好的弹性和韧性，能够改善沥青路面的抗老化、水稳定性、承载能力等。因此，本研究选用SBSI-C改性沥青，SBSI-C改性沥青各项指标试验结果见表1

纤维性能

在混合料中加入适量的纤维，能够起到加筋效果，增强沥青路面的承载能力，提高路面的整体性能。本研究选用玄武岩纤维和木质素纤维，两种纤维相关技术指标见表2

配合比设计及马歇尔试验结果

本研究选用的级配类型为SMA-13型沥青混合料，粗集料为3-5mm、5-10mm、11-15mm玄武岩碎石、细集料为0-3mm石灰岩机制砂，填料选用石灰岩磨制的矿粉，经检测粗、细集料及矿粉各项指标满足相关规范要求。SMA-13沥青混合料级配设计结果见表3，SMA-13混合料最佳油石比及马歇尔试验结果见表4。

纤维沥青胶浆性能

分别将长度为3mm、6mm、9mm的玄武岩纤维以沥青质量的0%、1%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%掺入到沥青中，由于纤维材质柔软，在沥青中容易结团不易分散，本研究将纤维掺入到沥青中先人工用玻璃棒搅拌，让纤维分散，再选用高速剪切仪，在170℃、6000rad/min转速下剪切15分钟，以确保纤维在分散均匀。

软化点试验

沥青软化点的高低能够反映沥青混合料高温稳定性能，软化点越高，混合料高温稳定性能越好。选用软化点试验来分析纤维沥青胶浆的高温稳定性能，软化点随纤维掺量和长度变化试验结果见图1

由图1可以得出，不同长度纤维的掺入，沥青胶浆的软化点都得到了改善，且随着纤维掺量的变大，沥青胶浆软化点逐渐增大。

弹性恢复试验

弹性恢复试验是指沥青胶浆试件在伸长一定长度后恢复变形的能力。试验试模为一字形，试验温度25℃，试件拉伸速率125px/min，当试件被拉伸250px时，将试件在中部位置剪断，最终测定沥青胶浆的弹性恢复率。弹性恢复率随纤维掺量及长度变化试验结果见图2。

由图2可以得出:不同长度纤维的掺入，沥青胶浆弹性恢复率均有所降低，且随着纤维掺量的变大，试验结果逐渐减小，长度为6mm的纤维沥青胶浆降低程度最大。

抗剪强度试验

本研究选用抗剪强度试验来分析沥青胶浆的力学性能，长度分别为3mm、6mm、9mm纤维沥青胶浆在25℃、30℃、35℃抗剪强度试验结果详见图3、图4、图5。

由图3、图4、图5可以得出，无论哪种温度条件下，三种长度纤维的沥青胶浆抗剪强度均得到了改善，且随纤维掺量的变大而升高；试验过程中也出现了异常点，在25℃时，长度为6mm纤维掺量从3.5%升高到4%时试验结果升高幅度突然增大；在不同试验温度下，长度为9mm纤维掺量从3.5%升高到4%时，试验结果升高幅度均突然降低，综合考虑玄武岩纤维最佳长度为6mm。

路用性能

本文选用木质素纤维掺量为混合料质量的0.3%，玄武岩纤维掺量为0.4%，玄武岩纤维长度为6mm。将木质素纤维SMA-13同玄武岩纤维SMA-13混合料分别展开高温性、低温抗裂性、水稳定性试验，对比两种纤维沥青混合料的路用性能。

高温稳定性

本文选用车辙试验评价不同混合料的抗车辙能力，在60℃时，来模拟沥青路面在车辆荷载的作用，使试件产生推移、剪切最终形成车辙，能够较好的反映沥青路面抵抗塑性变形的能力。两种混合料动稳定度试验结果见图6

由图6可以得出，两种混合料动稳定度试验结果都满足相关规范要求，玄武岩纤维混合料较木质素纤维动稳定度提高了34.9%，表明玄武岩纤维能够更好的改善混合料的高温稳定性。这主要因为玄武岩纤维的掺入对混合料不仅起到增强、增韧的作用，而且混合料内部形成了空间骨架结构，对混合料高温稳定性的增强作用更为显著。

低温抗裂性

用于评价混合料低温抗开裂能力的方法有多种，本文选用最常用的低温弯曲破坏试验来评价两种纤维沥青混合料低温抗开裂性能。对混合料进行低温弯曲破坏试验，试验结果见图7所示。

由图7可以得出，两种混合料最大弯拉应变试验结果均能满足规范要求，玄武岩纤维混合料较木质素纤维提高了11.9%，这主要因为玄武岩纤维能够在混合料内部形成“桥接”和“加筋”作用，增强混合料的韧性，提高混合料的低温抗开裂能力，能够降低温缩应力作用时裂缝的形成。

水稳定性

沥青路面在水的作用下导致粘附在矿料表面的沥青脱落，从而使混合料的粘结能力降低，出现松散破坏的现象称之为水损害。本文选用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价两种纤维混合料的水稳定性，试验结果分别见图8、图9。

由图8、图9可以得出:两种混合料浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂残留强度比试验结果均都满足相关规范要求，玄武岩纤维混合料较木质素纤维分别提高5.7%、6.0%。这主要因为玄武岩纤维能够改善混合料中结构沥青的比例，使沥青和矿料之间粘结能力增强，降低了水对混合料中沥青膜的侵蚀，从而能够更好改善混合料的抗水毁能力。

结论

本文通过对玄武岩纤维沥青胶浆及SMA-13沥青混合料路用性能的研究，得出以下结论：

(1)玄武岩纤维的掺入能够增强沥青胶浆的高温稳定性能及抗剪切能力，沥青胶浆的弹性恢复率随纤维掺量及长度的变大而降低，玄武岩纤维最佳长度为6mm。

(2)玄武岩纤维SMA-13沥青混合料较木质素纤维的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性方面均有所提高，其中高温稳定性改善效果最为显著，达到34.9%。

全文完 首发于《道路工程》2020年第10期。

意大利MATEST-澳大利亚PAVETEST 弯曲梁流变仪 (BBR)

Pavetest的BBR是一种热电型低温沥青弯曲梁流变仪，用于测试沥青胶结料在室温到-40℃的弯曲蠕变试验。荷载由微型伺服控制作动器施加，可施加 25N的负载，加载频率可以从静态到动态25Hz，无需配置空压机供应压缩空气。

沥青弯曲梁流变仪通过伺服控制，无需频繁校准以及重复调节空气轴承的压力。 只需输入所需的荷载数值，伺服控制的作动器就会以难以置信的速度精度施加并保持所设定的荷载稳定。 使用安装在机器正面的温度控制器可以精确地控制温度。

用户可以使用控制器或通过软件设置浴温。沥青弯曲梁流变仪系统的核心是Pavetest的控制和数据采集系统（CDAS2）和（TestLab）软件。

用途
沥青弯曲梁流变仪精确测量沥青在最低路面温度的弯曲蠕变精度和蠕变速率曲线，用来评价沥青的低温开裂性能，重点反映抵抗温度收缩开裂能力，避免路面低温开裂。适用于非改性沥青，可以测试原理 沥青、压力老化试验后的沥青和旋转薄膜烘箱（或薄膜烘箱）试验后的老化沥青。

常规应用
•沥青胶结料的弯曲蠕变试验
•受荷载作用下的裂缝密封低温特性
•满足ASTM D6648、 AASHTO T313和SHRP沥青试验规沥青胶结料低温挠曲蠕变测试

产品特点
1）沥青弯曲梁流变仪通过伺服控制的设计不需要经常进行标定和反复调整空气轴承的压力
加载频率从静态到动态25Hz
2）不需要配套空压机提供压缩空气
3）采用外置式固态Peltier帕尔特森系统直接热电制冷（无氟）
4）设计了独立的空气-水热交换器
5）集成的独立式浴槽，使用乙醇作为浴槽介质进行冷却
6）通过软件控制设定和监测水浴温度

技术优势
•采用Pavetest CDAS2高性能控制器
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