關(guān)鍵詞：玄武巖纖維 | 高溫性能 | 瀝青混合料

瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)組成特性決定了此類(lèi)瀝青混合料的高溫抗變形能力及抵抗溫度應(yīng)力的能力較強(qiáng)，同時(shí)具有優(yōu)良的抗滑和降噪效果，因此在越來(lái)越多的使用在瀝青鋪面的上面層。然而，傳統(tǒng)使用的木質(zhì)素纖維在生產(chǎn)過(guò)程中將要消耗大量的木材且與瀝青只發(fā)生簡(jiǎn)單的吸附作用，對(duì)瀝青混合料的性能改善有限。而短切玄武巖纖維其生產(chǎn)過(guò)程中不消耗木材，短切玄武巖纖維具有優(yōu)良的力學(xué)性能，且由于短切玄武巖纖維微觀表面形貌復(fù)雜及其具有獨(dú)特的礦物成分，因此其與瀝青的交互作用更為強(qiáng)烈，將其作用瀝青混合料纖維改性劑成為當(dāng)前提高瀝青路面高溫抗變形性能的研究熱點(diǎn)之一。

本文通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)、單軸貫入試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)聚焦在短切玄武巖纖維對(duì)SMA瀝青混合料抵抗高溫變形能力的影響研究，以期為進(jìn)一步明確短切玄武巖纖維對(duì)瀝青混合料性能影響機(jī)制，并為切玄武巖纖維應(yīng)用提供一定的指導(dǎo)作用。

試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

瀝青

SBS改性瀝青用于本文研究過(guò)程中，其主要路用性能參數(shù)如表1所示。

集料

篩分試驗(yàn)在本文用于分析各集料的基本性能，按照規(guī)范要求進(jìn)行了試驗(yàn)損傷，測(cè)試了所用集料與填料，得到試驗(yàn)結(jié)果匯總至表2。

纖維

本文所選用的短切玄武巖纖維及木質(zhì)素纖維的基本性能匯總至表5。綜上可見(jiàn)，本文所用材料滿(mǎn)足使用要求。

SMA-13瀝青混合料設(shè)計(jì)

為了使本文的研究成果更具代表性和廣泛適用性，本研究所用SMA-13短切玄武巖纖維瀝青混合料和木質(zhì)素纖維瀝青混合料的級(jí)配采用《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)推薦的級(jí)配范圍中值。依據(jù)規(guī)范所要求的試驗(yàn)方法及步驟，確定兩種瀝青混合料的zui佳瀝青用量為5.8%。

試驗(yàn)方法

動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)、單軸貫入試驗(yàn)及動(dòng)態(tài)模量三種試驗(yàn)方法[4-10]用于本文研究。按照規(guī)范要求的測(cè)試步驟，采用前述的三種方法系統(tǒng)地研究分析并評(píng)價(jià)了短切玄武巖纖維對(duì)SMA-13瀝青混合料高溫性能的影響。試驗(yàn)依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20-2011)開(kāi)展。

試驗(yàn)結(jié)果與分析

動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果與分析

分析上圖可以發(fā)現(xiàn)，在0.7MPa和0.8MPa條件下，木質(zhì)素纖維瀝青混合料和短切玄武巖纖維瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定都滿(mǎn)足規(guī)范大于2800次/mm的要求。此外，分析上圖還可以發(fā)現(xiàn)隨著應(yīng)力水平的增加，兩種瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度都有顯著下降，下降幅度均為23%左右，這說(shuō)明過(guò)大的荷載將會(huì)加劇路面車(chē)轍病害的出現(xiàn)。

進(jìn)一步仔細(xì)分析上圖還可以發(fā)現(xiàn)，在0.7MPa和0.8MPa荷載作用水平下，短切玄武巖纖維瀝青混合料的抗高溫變形能力明顯均優(yōu)于木質(zhì)素纖維瀝青混合料，兩種情況下其高溫抗變形能力均提高17%左右。

分析原因認(rèn)為，由于短切玄武巖纖維其獨(dú)特的礦物特性使得其與瀝青的交互作用更強(qiáng)進(jìn)而提升其抗變形能力。

單軸貫入試驗(yàn)結(jié)果與分析

單軸貫入情況如下所示。分析單軸貫入試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，相比于木質(zhì)素纖維瀝青混合料，短切玄武巖纖維改性瀝青混合料的單軸貫入強(qiáng)度和單軸貫入模量分別提高24%、37%;單軸貫入zui大深度降低15%。分析原因認(rèn)為，玄武巖纖維有較好的機(jī)械強(qiáng)度且與瀝青的交互作用更為強(qiáng)烈，因此玄武巖纖維在瀝青混合料內(nèi)部所形成的三維網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度更高，能更好的抵抗貫入破壞，表現(xiàn)出較低的貫入深度、更高的貫入強(qiáng)度和貫入模量。這說(shuō)在外部荷載作用下，瀝青混合料的礦料較難發(fā)生移動(dòng)，從而具有良好的高溫抗變形能力。

動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)結(jié)果與分析

對(duì)所制備的瀝青混合料進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模量實(shí)驗(yàn)，并分析了不同條件下的測(cè)試結(jié)果，具體測(cè)試工況如下表所示。

分別以20℃和35℃溫度條件下，不同加載頻率所測(cè)得的動(dòng)態(tài)模量進(jìn)行代表性分析。結(jié)果如下圖所示。

分析上圖可以發(fā)現(xiàn)，在上述兩個(gè)溫度條件下，玄武巖纖維瀝青混合料和木質(zhì)素纖維瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量都隨著加載頻率的降低，或是測(cè)試溫度的升高有所降低，且玄武巖纖維瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量更高。

為了廣域范圍范圍內(nèi)分析兩種瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量特性，基于時(shí)溫等效原理，獲兩種材料在20℃條件下的動(dòng)態(tài)模量主曲線(xiàn)。

可以發(fā)現(xiàn)，兩種材料的模量都著加載頻率的增加而增大。從上圖還可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加載頻度低于1Hz時(shí)，玄武巖纖維瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量明顯高于木質(zhì)素纖維瀝青混合料。

結(jié)論

基于以上試驗(yàn)結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：

(1)由于玄武巖纖維具有良了的表面浸潤(rùn)特性，可以與瀝青材料發(fā)生更好的交互作用，因而對(duì)瀝青混合料的高溫抗變形能力提升更為顯著。

(2)本文所用兩種瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定都滿(mǎn)足規(guī)范要求，但玄武巖纖維瀝青混合料的抗車(chē)轍能力均優(yōu)于木質(zhì)素纖維瀝青混合料。

(3)由于短切玄武巖纖維的組成、力學(xué)及形貌具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此貫入試驗(yàn)中表現(xiàn)出更好的抗高溫性能。

(4)綜合動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)、貫入試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)可知，本文所用的兩種混合料中，短切玄武巖纖維瀝青混合料有更好的抵抗高溫變形的能力。

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全文完 發(fā)布于《道路工程》2020年第9期

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DTS-30/CTS-30 多功能路面材料動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)是使用數(shù)字控制高性能伺服閥，并提供頻率高達(dá)100Hz 準(zhǔn)確加載波形的液壓伺服試驗(yàn)系統(tǒng)。DTS-30/CTS-30多功能路面材料動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)可以執(zhí)行拉伸、壓縮、動(dòng)態(tài)加載，適合于測(cè)試各種不同材料，如瀝青、土壤、非粘結(jié)角料、纖維和塑料。DTS-30/CTS-30 配置意大利matest-Pavetest 的 CDAS/CDAS2 數(shù)字式控制器，TestLab2 軟件和全套測(cè)試附件，實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的很好結(jié)合。DTS-30/CTS-30 動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)是一套緊湊型、全集成、用戶(hù)和環(huán)境友好型的試驗(yàn)系統(tǒng)。

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