作者簡介：

李文帥 （1987—），工程師，主要從事道路與橋梁技術(shù)研究和施工管理工作。

相較常規(guī)骨架密實型SMA瀝青混合料，摻加玄武巖纖維會改變混合料的最優(yōu)級配設(shè)計結(jié)果、體積參數(shù)指標(biāo)以及路用性能表現(xiàn)。文章在摻加玄武巖纖維的基礎(chǔ)上，利用橡膠瀝青作為粘結(jié)料，制備摻加玄武巖纖維的AR-SMA瀝青混合料，并結(jié)合工程實例，對摻加玄武巖纖維的AR-SMA的配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，驗證纖維加入對混合料穩(wěn)定性及路用性能的影響。

玄武巖纖維;吸油率;油石比;配合比設(shè)計

U416.21A020063

0 引言

SMA是一種典型的骨架密實型瀝青混合料，可選用橡膠瀝青作為粘結(jié)料制備得到AR-SMA瀝青混合料，在提升其路用性能表現(xiàn)的同時，循環(huán)利用廢舊膠粉也能實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，因此得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

玄武巖纖維是利用高溫將天然玄武巖加熱至熔融狀態(tài)后經(jīng)拉絲制備所得的巖質(zhì)纖維，其自身強(qiáng)度高，在車船制造、石油化工和建筑材料領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)外學(xué)者對其應(yīng)用展開了諸多研究。何東坡[1]等人在OGFC排水瀝青混合料中摻加了玄武巖纖維，選用4種不同長度的纖維分別確定最佳油石比并制備了試件，通過飛散試驗、滲水試驗等指標(biāo)，確定出6 mm的最佳纖維長度選擇;楊程程[2]等人通過ABAQUS有限元軟件搭建數(shù)字模型，模擬了隨機(jī)分布狀態(tài)下，玄武巖纖維摻加比例、纖維模量以及纖維不同長徑比選擇對混合料小梁有限元模型的抗彎拉模擬結(jié)果的影響，認(rèn)為玄武巖纖維摻量影響程度最明顯，纖維模量影響最小;羅倩[3]研究了玄武巖纖維摻配對高粘瀝青制備的大孔隙混合料路用性能的影響規(guī)律，認(rèn)為玄武巖纖維的摻加能夠提升其水穩(wěn)定性和低溫抗裂性，但在一定程度上會影響其透水能力，并確定了0.25%的最佳摻配比例;郭慶林[4]等人在密實型瀝青混合料中摻入了短切玄武巖纖維，通過半圓彎拉試驗檢測混合料斷裂性能變化規(guī)律，認(rèn)為該纖維的摻加能夠提升混合料的破壞延性和強(qiáng)度;盧祎苗[5]等人設(shè)計了水浴和高溫兩種模擬條件的耦合作用，摻加玄武巖纖維前后混合料路用性能變化規(guī)律，認(rèn)為玄武巖纖維的摻加能夠提升該耦合作用下混合料的抗車轍能力。

綜上所述，現(xiàn)有針對玄武巖纖維在瀝青混合料中的摻配研究已有一定的研究基礎(chǔ)，但研究成果主要體現(xiàn)在AC以及大孔隙瀝青混合料結(jié)構(gòu)中，且選用的粘結(jié)材料鮮有涉及橡膠瀝青。為拓展玄武巖纖維在AR-SMA瀝青混合料中的應(yīng)用場景，本文在摻加玄武巖纖維的基礎(chǔ)上，利用橡膠瀝青作為粘結(jié)料，制備摻加玄武巖纖維的AR-SMA瀝青混合料，對比束型、絮型以及分散型狀態(tài)纖維分布狀態(tài)條件的玄武巖纖維吸油特性，分析其加入對配合比設(shè)計中油石比變化的影響，并結(jié)合實體工程建設(shè)，對摻加玄武巖纖維的AR-SMA的配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，驗證其穩(wěn)定性及路用性能指標(biāo)。

1 纖維吸油特性分析

為準(zhǔn)確把控后續(xù)瀝青混合料配合比設(shè)計過程中的瀝青用量，須先對不同纖維分布狀態(tài)的玄武巖纖維吸油特性進(jìn)行檢測，以選取適用纖維類別?，F(xiàn)有規(guī)范中對玄武巖纖維吸油率的規(guī)定要求應(yīng)在50%以上，針對絮型狀態(tài)的玄武巖纖維則要求>200%。本文分別選取了束型、絮型以及分散型狀態(tài)3種纖維分布狀態(tài)的玄武巖纖維，如圖1所示。

針對上述三類玄武巖纖維分別進(jìn)行吸油率檢測試驗，試驗結(jié)果如表1所示。

由表1可以發(fā)現(xiàn)，束型玄武巖纖維的吸油率最小，平均為89%，而絮型和分散型玄武巖纖維的吸油率均在300%以上。在常見的懸浮密實型瀝青混合料配合比設(shè)計過程中，選用的纖維摻配比例通常為0.3%，以上文所述的纖維吸油率為89%進(jìn)行計算，混合料中需增加0.267%的瀝青，并不會對瀝青用量或油石比產(chǎn)生明顯的影響。束型玄武巖纖維摻配比例通常為0.4%，即需要增加0.356%的瀝青用量。對比0.3%摻量且吸油率為600%的木質(zhì)素纖維，吸附1.8%質(zhì)量的瀝青，0.4%束型玄武巖纖維的摻加須減少一定的瀝青用量，這將可能會導(dǎo)致骨架密實結(jié)構(gòu)SMA的空隙無法得到完全填充，導(dǎo)致空隙率過大而無法保證瀝青混合料的水穩(wěn)定性。因此在摻加玄武巖纖維AR-SMA瀝青混合料配合比設(shè)計過程中應(yīng)對級配進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，以縮小礦料間隙率。

2 玄武巖纖維AR-SMA技術(shù)指標(biāo)

結(jié)合上文的玄武巖纖維吸油率測試結(jié)果，對常規(guī)的SMA瀝青混合料級配選擇進(jìn)行調(diào)整，確保4.75 mm等關(guān)鍵篩孔通過率在中值以上。結(jié)合工程經(jīng)驗以及大量室內(nèi)試驗提出適合玄武巖纖維AR-SMA的各項技術(shù)指標(biāo)，如表2所示。

3 工程概況

文章試驗依托某高等級公路改擴(kuò)建工程展開研究，其中采用摻加玄武巖纖維AR-SMA瀝青混合料面層的試驗段長度為11.54 km，原路面上面層結(jié)構(gòu)為SMA-13瀝青混合料材料，試驗段僅將上面層材料替換為等厚度的摻加玄武巖纖維AR-SMA瀝青混合料，其余各層保持不變。

4 配合比設(shè)計

4.1 級配設(shè)計

對摻加玄武巖纖維的AR-SMA瀝青混合料進(jìn)行配合比設(shè)計。在擬定級配組成時，共擬定三組級配進(jìn)行對比試驗。而摻加玄武巖纖維的AR-SMA瀝青混合料級配須確保4.75 mm等關(guān)鍵篩孔通過率在中值以上，因此最終確定的級配設(shè)計結(jié)果如圖2所示。

4.2 最佳油石比確定

在確定最佳油石比試驗中，選用橡膠瀝青作為粘結(jié)材料，初擬油石比為6.4%，并以此為中值共擬定三組油石比，分別為6.1%、6.4%以及6.7%，按照三組油石比分別制備對應(yīng)的馬歇爾試件，檢測結(jié)果如表3所示。確定最佳油石比確定為6.4%。

4.3 穩(wěn)定性檢驗

4.3.1 謝倫堡析漏試驗

考慮到粘結(jié)材料選用的是橡膠瀝青，確定謝倫堡析漏試驗的加熱保溫溫度為180 ℃，保溫時間確定為60 min，保溫完成后立刻進(jìn)行析漏檢測，檢測結(jié)果如表4所示。

4.3.2 肯塔堡飛散試驗

將按上文配合比設(shè)計結(jié)果制備的馬歇爾試件置于20 ℃水浴中保溫24 h，利用洛杉磯磨耗試驗機(jī)對其展開飛散試驗檢測，檢測結(jié)果如表5所示。

4.4 路用性能檢驗

在車輛荷載的反復(fù)作用以及自然環(huán)境的不斷侵蝕下，為確保摻加玄武巖纖維的AR-SMA瀝青混合料具備良好的路用性能表現(xiàn)，文章針對高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性重點進(jìn)行檢測。

4.4.1 高溫穩(wěn)定性試驗

按照上文設(shè)計的級配和最佳油石比，制備車轍試件并進(jìn)行車轍試驗檢測，以驗證其高溫穩(wěn)定性。同時，按照同樣的級配，重新通過試驗獲得對應(yīng)最佳油石比，制備一組常規(guī)AR-SMA-13瀝青混合料試件作為對照組，檢驗結(jié)果如表6所示。

由表6可以發(fā)現(xiàn)，二者均能滿足規(guī)范的要求。相較于未摻加玄武巖纖維的AR-SMA-13瀝青混合料，玄武巖纖維的摻加可顯著提升混合料的動穩(wěn)定度，提升量達(dá)15%，增強(qiáng)了高溫穩(wěn)定性。

4.4.2 水穩(wěn)定性試驗

水穩(wěn)定性檢驗結(jié)果如表7～8所示。

摻加玄武巖纖維前后的AR-SMA-13瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度和TSR值均可滿足規(guī)范要求。玄武巖纖維的加入能在一定程度上提升其殘留穩(wěn)定度和TSR值，增強(qiáng)混合料的水穩(wěn)定性。

5 施工拌和要點

因玄武巖纖維的加入，在現(xiàn)場施工過程中須著重

關(guān)注混合料的拌和過程控制。摻加玄武巖纖維的AR-SMA瀝青混合料應(yīng)采用間歇式拌和設(shè)備進(jìn)行均勻拌和，為確保纖維能夠均勻分布于混合料中，應(yīng)確保生產(chǎn)周期在60 s以上，且應(yīng)先將粗細(xì)集料和玄武巖纖維干拌15 s。

6 結(jié)語

本文依托某高等級公路改擴(kuò)建工程，設(shè)計了玄武巖纖維AR-SMA-13上面層。首先對比不同纖維分布狀態(tài)條件的玄武巖纖維吸油特性，進(jìn)而分析玄武巖纖維AR-SMA瀝青混合料油石比變化特征，對摻加玄武巖纖維的AR-SMA的配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并驗證了混合料穩(wěn)定性及路用性能指標(biāo)，得出如下主要結(jié)論：

（1）摻加玄武巖纖維AR-SMA瀝青混合料應(yīng)對級配進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，以縮小礦料間隙率。

（2）摻加玄武巖纖維的AR-SMA-13最佳油石比為6.4%。

（3）玄武巖纖維的摻加能增強(qiáng)AR-SMA-13瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性。

（4）應(yīng)確?；旌狭习韬蜕a(chǎn)周期在60 s以上，且應(yīng)先將粗細(xì)集料和玄武巖纖維干拌15 s。

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