玄武岩纤维微表处纤维掺量研究★

闵泓毅 时成林 来守义 刁文泽

(吉林建筑大学，吉林 长春 130000)

1 概述

随着我国汽车保有量的不断上升，行驶在公路上的车辆也越来越多，同时公路路面的损耗也逐渐加快，随之而来的养护工作也提上了日程。为了延长公路的使用寿命以及降低公路的维修成本，就需要及时采取合理的养护和预防措施，来解决路面的早期病害[1]。微表处养护技术凭借其施工周期短，节约能源等优良性能被我国各地区广泛使用。而玄武岩纤维作为纤维稳定剂之一，由于其易于保存，性能优良而被应用于最新的微表处养护工作中。

2 单质材料试验

2.1 纤维

玄武岩纤维的强度和弹性模量很高，从复合材料科学加筋加强原理看，它是一种非常优异的加强纤维。可大幅提高沥青混合料的抗拉强度和韧性，从而大幅度提高沥青路面的低温抗裂和疲劳耐久性，同时也有助于改善高温抗车辙变形能力。目前玄武岩纤维主要分为：加入了亲水型浸润剂的亲水型玄武岩纤维和加入了亲油型浸润剂的亲油型玄武岩纤维[2]。亲水型玄武岩纤维在水中呈分散状态，主要用于水泥混凝土中，亲油型玄武岩纤维浸泡在水中，搅拌后仍呈束状，主要用于沥青混凝土。本次试验选用6 mm短切亲油型玄武岩纤维，以0%，0.2%，0.3%，0.4%的纤维掺量作为变量进行试验研究。

2.2 改性乳化沥青

经前课题研究小组试验分析，本次试验选用盘锦辽河石化生产的改性乳化沥青。技术指标如表1所示。

表1 改性乳化沥青技术指标

2.3 集料

微表处技术选择石料时，首先要保证石料的粗糙程度，坚固程度，耐磨能力和清洁程度。并且对于微表处的集料应保证其棱角性良好[3]。所以，本次试验选用产地为辽源樱山石场出产的9.5 mm～4.75 mm，4.75 mm～2.36 mm玄武岩碎石和四平大顶山生产的机制砂。其中，粗集料试验指标如表2所示，细集料试验指标如表3所示。

表2 粗集料试验指标

表3 细集料试验指标

由表2，表3可知：本试验选用的粗集料、细集料，经检测符合规范要求。

2.4 填料

矿粉、水泥、消石灰等都可以作为微表处填料。填料的加入不仅可以调节混合料可拌和时间，而且可以使成型的混合料和易性良好。本次实验，填料选用北方水泥厂生产的P.C32.5水泥，其各项指标符合规范要求。

2.5 水

实际施工时，微表处混合料拌制过程中必须加入无有机盐类水，即普通自来水。本次试验所用水为长春市内自来水，符合水质要求。

3 配合比设计及优化

3.1 级配

良好的级配保证了微表处混合料性能的稳定。级配由粗到细分为：MS-3,MS-2,MS-1型级配[4]。微表处作为公路的磨耗层，如果级配较细，经过车辆的自然碾压，微表处表面变得光滑，导致路面抗滑性能下降。所以，微表处级配宜粗不宜细。本次试验选用MS-3型级配，级配合成曲线见图1。

3.2 确定最佳乳化沥青掺量

确定最佳乳化沥青含量是确定级配后的关键一环。在已经确定级配的集料中通过改变沥青的掺入量，制作出不同油石比的混合料。经过湿轮磨耗和负荷轮粘砂试验确定出不同纤维掺量的最佳乳化沥青含量。玄武岩纤维试验数据见表4。

表4 玄武岩纤维试验数据表

由试验得不掺纤维的最佳乳化沥青掺量为10.4%，纤维掺量为0.2%的最佳乳化沥青掺量为9.8%，纤维掺量为0.3%的最佳乳化沥青含量为9.2%，当纤维掺量提高到0.4%时，最佳乳化沥青含量再次提高到9.8%。

3.3 拌和试验

微表处技术在施工过程以固化时间短，可快速通车而闻名[5]。若可拌和时间过短，在乳液与集料尚未搅拌均匀时就可能破乳，影响施工的进行。若可拌和时间过长，则达不到快速通车的目的。所以，可拌和时间是否合理就十分重要。

本次试验分别对0%，0.2%，0.3%，0.4%纤维掺量，以最佳油石比配料，并以不加纤维的混合料作为对照组进行试验。分别得出：不加纤维时，最佳拌和时间为123 s。纤维掺量为0.2%时，最佳拌和时间为125 s。纤维掺量为0.3%时，最佳拌和时间为130 s。纤维掺量为0.4%时，最佳拌和时间为126 s，如表5所示。

表5 玄武岩纤维拌和试验数据表

微表处最佳拌和时间应不小于120 s。纤维的加入，提高了微表处混合料的可拌和时间。纤维掺量为0.3%时，最佳拌和时间既符合规范要求，同时相比于不加纤维混合料又有所提高，满足微表处快速通车的目的。

3.4 粘聚力试验

微表处混合料的粘聚力是反映其抗剪强度的重要指标。主要是对于最佳油石比混合料，在其初凝时，即30 min对其施加不小于1.2 N·m的扭矩力，在其终凝时，即60 min对其施加大于2.0 N·m的扭矩力。本次试验主要检验纤维的掺量是否会降低混合料的基本强度，若不降低强度，则探究哪种掺量的纤维更适用于微表处技术。

微表处混合料30 min粘聚力不小于1.2 kN·m，60 min粘聚力不小于2.0 kN·m。由表6可知：纤维的加入并不会破坏混合料的抗剪强度。无论是30 min或60 min，加入0.3%玄武岩纤维的混合料粘聚力大于其他两种纤维掺量混合料粘聚力。所以，加入0.3%玄武岩纤维的混合料抗剪能力最强。

表6 玄武岩纤维粘聚力统计表

4 结论

1)玄武岩纤维的加入不会降低沥青混合料的可拌和时间，加入0.2%,0.3%,0.4%玄武岩纤维可提高混合料的拌和时间，其中0.3%的纤维掺量提升最多为7 s。

2)玄武岩纤维的加入不会破坏混合料的抗剪能力。纤维掺量为0.3%的混合料抗剪能力最强。

3)通过试验确定在碎石9.5 mm～4.75 mm∶4.75 mm～2.36 mm∶石屑=15∶25∶60，水泥外掺1%，改性乳化沥青含量为9.2%时，混合料中玄武岩纤维的最佳掺量为0.3%。