關(guān)鍵詞: 瀝青路面 環(huán)氧瀝青混合料 玄武巖纖維 路用性能
由于環(huán)氧瀝青混合料的路用性能較普通瀝青混合料更為優(yōu)異，故在高等級路面建設(shè)工程中得到了廣泛應(yīng)用 [1-3]。因環(huán)氧樹脂的脆性高且柔韌性差，使得環(huán)氧瀝青混合料鋪裝結(jié)構(gòu)的抗裂及抗疲勞性能較差，其在低溫、荷載耦合作用下容易產(chǎn)生開裂病害，給路面的使用性能及壽命造成嚴重影響 [4-5]。為了改善環(huán)氧瀝青混合料的使用性能，國內(nèi)道路研究者對此展開了一些研究，如：郝增恒等 [6] 探討了多種 70# 基質(zhì)瀝青對環(huán)氧瀝青混合料路用性能的影響，研究結(jié)果表明基質(zhì)瀝青種類對環(huán)氧瀝青混合料路用性能的影響不大；顧曉燕等 [7] 研究了聚酯纖維摻量對環(huán)氧瀝青混合料柔、韌性的改性效果，結(jié)果表明 0.3% 的聚酯纖維可大幅提升環(huán)氧瀝青混合料的柔性與韌性；劉攀等 [8] 考察了 5 種不同級配類型對環(huán)氧瀝青混合料路用性能的影響，研究結(jié)果表明，級配類型僅對其抗滑性能有所影響，而對其它路用性能影響較??；鐘慶軍等 [9] 研究了石墨烯摻量對環(huán)氧瀝青及環(huán)氧瀝青混合料性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明，0.3% 的石墨烯能夠有效改善環(huán)氧瀝青的拉伸強度與斷裂伸長率，同時可以顯著提升環(huán)氧瀝青混合料的路用性能?？紤]到玄武巖纖維的比表面積較大，能夠吸附大量的自由瀝青，使得瀝青膠漿的粘性與粗集料的瀝青膜厚度增大，從而增強瀝青混合料的各項路用性能。本文通過將不同摻量的玄武巖纖維摻入三種 AC 級配環(huán)氧瀝青混合料中進行改性，以動穩(wěn)定度、zui大彎拉應(yīng)變、浸水殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強度比及疲勞壽命次數(shù)為試驗指標，探討了玄武巖纖維摻量對不同 AC 級配環(huán)氧瀝青混合料路用性能的影響規(guī)律，以期為玄武巖纖維改性環(huán)氧瀝青混合料的設(shè)計及工程應(yīng)用提供技術(shù)支撐。
試驗部分
原材料
環(huán)氧瀝青采用國產(chǎn)某品牌環(huán)氧樹脂瀝青，其主要技術(shù)指標見表 1。粗、細集料均采用玄武巖，其中細集料表觀密度為 2.727g?cm-3，棱角性為 20.7s，吸水率為 1.36%，砂當(dāng)量為 78.9%；粗集料吸水率小于 1%，壓碎值為 8.2%，針片狀顆粒含量小于 3%，磨耗值為13.5%。礦粉采用表觀密度為 2.695g?cm-3 的石灰?guī)r礦粉，粒度范圍（<0.075mm）為 78.1%，親水系數(shù)為 0.69，塑性指數(shù)為 2.72%。纖維選用短切玄武巖纖維，其主要技術(shù)性能指標見表 2。
試驗方案
試驗選擇了 AC-10、AC-13、AC-20 三種級配類型進行環(huán)氧瀝青混合料路用性能及耐久性試驗研究，所選的 AC 級配曲線如圖 1 所示。在各級配環(huán)氧瀝青混合料中分別摻入 0%、2%、4%、6%、8% 的短切玄武巖纖維，采用高溫車轍試驗、低溫三點彎曲試驗、浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗評價環(huán)氧瀝青混合料的路用性能，采用四點彎曲試驗評價環(huán)氧瀝青混合料的抗疲勞耐久性，相關(guān)試驗方案見表 3。
結(jié)果與討論
高溫穩(wěn)定性
玄武巖纖維對不同級配環(huán)氧瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響規(guī)律如圖 2 所示。
根據(jù)圖 2 可知，玄武巖纖維改性環(huán)氧瀝青混合料的動穩(wěn)定度均遠高于《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTG E20-2011）的zui低要求；在相同玄武巖纖維摻量條件下，環(huán)氧瀝青混合料的動穩(wěn)定度隨著 AC 級配公稱zui大粒徑的增大逐漸增大。隨著玄武巖纖維摻量的增加，環(huán)氧瀝青混合料的動穩(wěn)定度呈先增后減變化，在玄武巖纖維摻量為 0~6% 范圍內(nèi)，瀝青混合料的動穩(wěn)定度隨之逐漸增大，而在纖維摻量為 6%~8% 范圍內(nèi)，動穩(wěn)定度則隨之逐漸減小。摻入玄武巖纖維可以顯著提高環(huán)氧瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，原因是玄武巖纖維有增韌、加筋的作用，其在混合料內(nèi)部形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠有效抑制高溫荷載作用下集料間的滑移能力，從而改善環(huán)氧瀝青混合料的高溫抗車轍變形能力。
低溫抗裂性
玄武巖纖維對不同級配環(huán)氧瀝青混合料低溫抗裂性的影響規(guī)律如圖 3 所示。
由圖 3 可以看出，不同玄武巖纖維改性環(huán)氧瀝青混合料的zui大彎拉應(yīng)變均遠高于 JTG E20-2011 規(guī)范的zui低要求；在相同玄武巖纖維摻量條件下，瀝青混合料的zui大彎拉應(yīng)變隨著 AC 級配公稱zui大粒徑的增大逐漸減小。隨著玄武巖纖維摻量的增加，AC-10、AC-13、AC-20 級配環(huán)氧瀝青混合料的zui大彎拉應(yīng)變同樣都呈先增后減變化，在玄武巖纖維摻量為 6% 時，zui大彎拉應(yīng)變都達到峰值，且較未摻纖維混合料分別增大了 62.2%、66.4%、58.5%，說明摻入玄武巖纖維能夠有效改善環(huán)氧瀝青混合料的低溫抗裂性，原因是玄武巖纖維均勻加筋于混合料中形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，促進了應(yīng)力的分散與傳遞，因此在一定程度上能夠阻止裂縫的產(chǎn)生或發(fā)展，從而增強環(huán)氧瀝青混合料的低溫抗開裂能力。
水穩(wěn)定性
玄武巖纖維對不同級配環(huán)氧瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響規(guī)律如圖 4 所示。
由圖 4 可知，不同玄武巖纖維改性環(huán)氧瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強度比均高于 JTG E20-2011 規(guī)范zui低標準；在相同玄武巖纖維摻量條件下，瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強度比均隨著 AC級配公稱zui大粒徑的增大逐漸減小。隨著玄武巖纖維摻量的增加，AC-10、AC-13、AC-20 級配環(huán)氧瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強度比均呈逐漸減小變化，在玄武巖纖維摻量為 8% 時，三種級配的浸水殘留穩(wěn)定度分別為 91.6%、91.3%、90.6%，較未摻瀝青混合料分別減小 2.6%、1.7%、1.3%；三種級配的凍融劈裂強度比分別為 87.0%、85.7%、85.2%，較未摻混合料分別減小 2.9%、2.5%、2.1%。環(huán)氧瀝青混合料的抗水損害性能較優(yōu)，在摻入玄武巖纖維后抗水損害能力雖有所降低，但其水穩(wěn)定性仍滿足規(guī)范使用要求。
抗疲勞性
玄武巖纖維對不同級配環(huán)氧瀝青混合料抗疲勞性的影響規(guī)律如圖 5 所示。
從圖 5 可以看出，各玄武巖纖維改性環(huán)氧瀝青混合料的疲勞壽命次數(shù)均遠高于 JTG E20-2011 規(guī)范zui低標準；在相同玄武巖纖維摻量條件下，瀝青混合料的疲勞壽命次數(shù)隨著 AC 級配公稱zui大粒徑的增大逐漸減小。隨著玄武巖纖維摻量的增加，環(huán)氧瀝青混合料的疲勞壽命次數(shù)呈先增后減變化，在未摻玄武巖纖維時，AC-10、AC-13、AC-20 級配的疲勞壽命次數(shù)分別為 119 萬次、108 萬次、103 萬次，而在玄武巖纖維摻量為 6% 時，三種級配的疲勞壽命次數(shù)分別為 223 萬次、208 萬次、168萬次，分別增大了 87.5%、92.6%、63.1%，表明了摻入玄武巖纖維能夠顯著提高環(huán)氧瀝青混合料的抗疲勞性，原因是玄武巖纖維具有良好的加筋、增韌及阻裂作用，能夠促進結(jié)構(gòu)應(yīng)力更好地分散與傳遞，從而有利于抗疲勞破壞能力的提高。
結(jié)論
（1）在相同玄武巖纖維摻量條件下，環(huán)氧瀝青混合料除動穩(wěn)定度指標外的其它各路用性能指標均隨著 AC級配公稱zui大粒徑的增大逐漸減小；通過增大級配公稱zui大粒徑可以改善環(huán)氧瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，但不利于其低溫抗裂性、水穩(wěn)定性及抗疲勞性，故建議選擇公稱zui大粒徑較小的級配。
（2）環(huán)氧瀝青混合料的動穩(wěn)定度、zui大彎拉應(yīng)變及疲勞壽命次數(shù)均隨著玄武巖纖維摻量的增加呈先增大后減小變化；摻入玄武巖纖維能夠有效改善環(huán)氧瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及抗疲勞性。
（3）隨著玄武巖纖維摻量的增加，環(huán)氧瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強度比逐漸減?。粨饺胄鋷r纖維雖對環(huán)氧瀝青混合料的抗水損害能力有所影響，但仍滿足規(guī)范使用要求。
（4）通過從各項路用性能綜合考慮，推jian玄武巖纖維摻量為 6%，有利于提升環(huán)氧瀝青混合料的使用性能及壽命。
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設(shè)備名稱：獨立式氣動伺服四點彎曲小梁試驗系統(tǒng) 4PB
型 號：B210 KIT
制 造 商：意大利Matest-澳大利亞Pavetest
棱柱體小梁四點彎曲試驗是 2011 年交通部行業(yè)標準《公路工程瀝青及瀝青混合料規(guī)程》增加的評價瀝青混合料疲勞性能和測量勁度模量的非常重要的試驗方法。該方法可以在DTS多功能動態(tài)試驗系統(tǒng)中進行，也可以使用單獨式系統(tǒng)，搭配溫控環(huán)境箱進行試驗。尤其對于試驗任務(wù)量比較大的單位，因為疲勞試驗可能持續(xù)的時間比較長，幾小時到幾天、甚至幾周。 所以配備一套單獨式的瀝青混合料疲勞試驗系統(tǒng)是非常有必要的。
意大利matest-澳大利亞Pavetest氣動伺服四點彎曲疲勞試驗機 (4PB) 是采用數(shù)字控制高性能伺服閥，提供高達60Hz的準確加載波形的氣動伺服試驗儀。四點彎曲疲勞試驗機可加載半正弦波和正弦波，受控應(yīng)變或受控正弦應(yīng)力控制模式，測試多種尺寸瀝青混合料小梁的彎曲勁度/模量。
產(chǎn)品特點
1.試樣通過伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠牢固夾緊，可始終維持預(yù)定的夾緊力，并保證測試過程中試樣在產(chǎn)生屈服變形時仍能被持續(xù)夾緊，夾緊力可通過調(diào)節(jié)電機電流控制
2.兩個夾緊開關(guān)在儀器前方，用于試樣梁的左右兩側(cè)和中間側(cè)夾緊點的夾緊和放松，四個試樣夾緊框可實現(xiàn)所有加載點和反力點的旋轉(zhuǎn)和橫向移動
3.頂部夾緊塊的標志線，可幫助操作者在夾緊前橫向?qū)χ性嚇恿?/p>
4.氣動伺服系統(tǒng)使用底部氣動加載作動器，配備高性能氣動伺服閥，PID 閉環(huán)控制，運行中的自適應(yīng)控制，可始終維持測試所需的應(yīng)力/應(yīng)變
5.薄型高性能不銹鋼圓形荷載傳感器，用于實時測量和控制荷載。主軸位移傳感器可實現(xiàn)中間加載框架的準確定位
6.試樣表面位移傳感器(On-specimen LVDT)可按設(shè)定進行控制并測量試樣梁有效范圍內(nèi)的整體彎曲變形（而不是懸浮式的測量部分變形的方法），符合相關(guān)標準的要求
7.基于 Windows 的 TestLab 軟件提供的用戶界面，簡單、效率高并符合有關(guān)國際標準
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