玄武岩纤维对沥青混合料水稳性影响的探究

项思齐

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海 200092)

沥青路面因其具有行车舒适性、后期维护简便、工程造价低等诸多优点而被广泛推广应用[1]。然而,沥青路面在长期服役过程中,会遭受各种形式的水侵害,极大地影响了路面的使用寿命和维护成本[2-3]。目前,公路学者对沥青路面的水损害问题作出了很多探索,而常用的解决就是增强沥青混合料的抗水剥离能力,玄武岩纤维的掺加能显著提高沥青胶浆与矿料间的粘附性,进而增强混合料的抗裂能力。

基于此,本文根据现行《公路沥青路面施工技术规范》中的相关方法,采用浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验分别评价玄武岩纤维对沥青混合料水稳性的影响效果,进而探究玄武岩纤维与沥青混合料的作用机理,以期对玄武岩纤维的工程应用提供参考。

1 原材料性质及配合比设计

1.1 原材料性质

本文采用70#基质沥青,技术性能如下：针入度(25 ℃,100g,5s)/10-1mm∶67.2；软化点/℃：46.1；延度(15 ℃)/mm： 1217；玄武岩纤维：该纤维与沥青有很好的兼容性,化学性质稳定,具有优良的的分散性,相关的技术指标如表1所示。

1.2 配合比设计

本文根据规范要求,对沥青混合料进行AC-13型配合比设计,在大部分情况下,配合比曲线应尽量接近设计级配中线范围,尤其应使0.075mm、2.36mm、4.75mm筛孔的通过量接近设计级配范围的中限,不得有过多的犬牙交错。本次试验最佳油石比皆为5.1%。矿料级配如表2所示。

表2 AC-13型沥青混合料级配

2 结果与讨论

2.1 浸水马歇尔试验

浸水马歇尔试验操作比较简单,是我国主要的评价沥青混合料水稳定性的方法。按规范要求,成型两组马歇尔试件,每组4个,一组置于室温环境,一组置于60℃水循环箱内保温48h,按式(1)计算试件浸水残留稳定度。

(1)

式中：MS0为试件的浸水残留稳定度,%；MS为试件的稳定度,kN；MS1为试件浸水48h后的稳定度,kN。

不同玄武岩纤维掺量的沥青混合料的马歇尔稳定度和浸水马歇尔稳定度试验数据如表3和图1所示。由表3与图1可知,玄武岩纤维可显著提高沥青混合料的马歇尔稳定度与浸水马歇尔稳定度。这主要是因为纤维具有较大的比表面积,可吸附沥青中的油分,增大沥青饱和度；同时,在纤维的作用下,会形成较厚的沥青膜,裹覆在集料表面,从而提高沥青混合料的水稳定性。

表3 沥青混合料的浸水马歇尔试验结果

图1 沥青混合料的浸水残留稳定度

2.2 冻融劈裂试验

冻融劈裂试验也是常用的评价沥青混合料水稳性的方法,按式(2)、(3)计算劈裂抗拉强度及冻融劈裂抗拉强度比。

(2)

(3)

式中：RT1、RT2分别为未经受冻融的第一组试件和经受冻融的第二组试件的劈裂抗拉强度MPa；h1、h2分别为第一组试件和第二组的试件高度,mm

冻融劈裂抗拉强度比按式(4)计算。

(4)

式中：TSR为冻融劈裂抗拉强度比,%。

不同玄武岩纤维沥青混合料的冻融劈裂试验数据如表4和图2所示。由表4可知,经受冻融的试件与未经冻融的试件,在相同压实条件下,玄武岩纤维的掺加均可明显明显改善沥青混合料的劈裂抗拉强度。这主要是纤维具有“加筋”作用,可增加沥青与矿料间的粘结力,从而提升沥青混合料的抗劈裂能力。

表4 沥青混合料的冻融劈裂试验结果

图2 沥青混合料冻融劈裂抗拉强度比

4 结语

玄武岩纤维的掺加显著提升了试件的浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂抗拉强度,且改善效果随着玄武岩纤维的掺量而增强；纤维的最佳掺量为0.6%。这说明,玄武岩纤维能有效改善沥青混合料的水稳定性。

在最佳纤维含量下,玄武岩纤维的掺入对沥青混合料的浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂抗拉强度均有提高,且随着掺量的增大,改善效果也随之增强。但随着掺量的进一步增大,浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂抗拉强度的改善效果并不明显。