玄武岩纤维和聚酯纤维对sup-20 改性沥青混合料路用性能分析

胡传涛

（江苏东南交通工程试验检测有限公司， 江苏 南京 211100）

0 引言

随着江苏省高速公路事业的迅猛发展,对高等级沥青路面的质量也在不断提高。因此,改善路面的质量,延长路面的使用寿命是目前面临的重要课题。据研究表明：在沥青混合料中添加其他改性材料如聚酯纤维和玄武岩纤维等，可以有效地缓解沥青路面的早期破坏，改善沥青路面的路用性能和延长沥青路面的使用寿命。

目前，Superpave 高性能沥青路面在江苏省高速公路被广泛采纳和应用，路面结构设计一般会在中、上面层沥青混合料中采用木质素纤维、聚酯纤维和玄武岩纤维等改性材料，其中玄武岩纤维使用相对较少。本次室内试验选取两种纤维-聚酯纤维和玄武岩纤维，通过采用沥青混合料的车辙试验、冻融劈裂试验和-10℃低温弯曲试验，来检验掺加聚酯纤维、玄武岩纤维对Sup-20 改性沥青混合高温稳定性、水稳定性能以及低温抗裂性能的影响。

1 原材料及配合比设计方案

1.1 原材料

本次试验采用I-D 型SBS 改性沥青；粗集料为石灰岩，规格为19.0～26.5mm、13.2～19.0mm、4.75～13.2mm 和2.36～4.75mm，依次为1#、2#、3#料和4#料；细集料为石灰岩，5#料规格为0～2.36mm。纤维分别采用聚酯纤维和玄武岩纤维，两种纤维掺量均为沥青混合料的0.3%。

1.2 配合比设计方案

Sup-20 型沥青混合料室目前江苏省内高速公路常用的沥青路面类型。Superpave 混合料设计主要特性是相对AC 型、SMA 型等改变了试验室室内成型方式，在室内采用旋转压实仪（SGC）成型，是模拟了沥青混合料施工碾压时候的实际压实情况。本次设计沥青混合料的矿料比例为1#料∶2#料∶3#料∶4#料∶5#料∶矿粉=11.5∶26.0∶17.0∶9.5∶33.0∶3.0，配合比设计级配见表1。

表1 沥青混合料配合比设计级配

试验方案为三组，分别为未掺加纤维、掺加聚酯纤维和掺加玄武岩纤维，对应的沥青用量(沥青与沥青混合料的质量比)分别为4.2%、4.5%和4.5%。

2 沥青混合料性能试验与分析

2.1 高温稳定性(车辙试验)试验与分析

车辙是沥青路面最主要的破坏形式之一，严重影响着路面的使用寿命和服务质量。采用车辙试验来评价沥青混合料的高温稳定性。试验结果见表2 所示。

表2 Sup-20 沥青混合料车辙试验结果

从试验结果可知：三种类型的Sup-20 沥青混合料动稳定度均满足规范要求。聚酯纤维沥青混合料动稳定度值有了明显的提高,其动稳定度值为Sup-20 改性型沥青混合料的1.4 倍。玄武岩纤维的动稳定度值提高更明显,其动稳定度为Sup-20 改性型沥青混合料的1.6 倍。其中60min 的总的变形量也依次变小，综合表明，纤维沥青混合料的高温稳定性优于改性沥青混合料，且玄武岩纤维沥青混合料的高温稳定性优于聚酯纤维沥青混合料[1-3]。sup-20 沥青混合料车辙试验结果见图1。

图1 sup-20 沥青混合料车辙试验结果

2.2 水稳定性(冻融劈裂试验)试验与分析

通过冻融劈裂试验,在试验温度为25℃，加载速度为50mm/min 下测定冻融循环后有效试件的劈裂抗拉强度平均值RT2 与未冻融循环的有效试件的劈裂抗拉强度平均值RT1 的强度比TSR，试验结果见表3。

表3 Sup-20 沥青混合料冻融劈裂试验结果

从试验结果可知：掺加聚酯纤维和玄武岩纤维使Sup-20 改性沥青混合料的冻融劈裂强度比分别提高了3.2%和2.0%。这表明纤维加入后，矿料表面有效沥青膜厚度均有所增厚,减少了水分浸入集料与沥青界面的潜在威胁，从而使Sup-20 沥青混合料能更好地抵抗冻融循环的破坏，提高路面的抗水损害的能力[4-5]。Sup-20 沥青混合料冻融劈裂试验结果见图2。

图2 Sup-20 沥青混合料冻融劈裂试验结果

2.3 低温抗裂性能(-10℃低温弯曲)试验与分析

为了检验改性沥青混合料的低温抗裂性能,按照配合比设计的沥青用量制备长250mm±2.0mm、宽30mm±2.0mm、高度35mm±2.0mm 的棱柱体小梁沥青混合料试件,其跨径应为200mm 检测其在-10℃温度下、加载速率为50mm/min 时破坏抗弯拉强度RB 和破坏时的最大弯拉应变εB 的比值为弯曲劲度模量SB。试验结果见表4。

表4 Sup-20 沥青混合料-10℃低温弯曲试验试验结果

从试验结果可知:聚酯纤维沥青混合料和玄武岩纤维沥青混合料的破坏应变值高于改性沥青混合料, 相对于改性沥青混合料，最大弯拉应变分别提高了的9.21%和19.21%。由表4 可知：聚酯纤维沥青混合料和玄武岩纤维沥青混合料的低温抗弯拉强度都有了明显的提高，由改性沥青混合料的8.46MPa 分别增大到了9.07MPa 和9.71MPa。聚酯纤维沥青混合料和玄武岩沥青混合料破坏时的跨中挠度均也提高，由改性沥青混合料的0.62mm 分别增大为0.68mm 和0.75mm。另一方面纤维沥青混合料相比于改性沥青混合料弯曲劲度模量略有降低。Sup-20 沥青混合料低温弯曲试验结果见图3。

图3 Sup-20 沥青混合料低温弯曲试验结果

3 结束语

通过对Sup-20 改性沥青混合料和掺加两种纤维后的沥青混合料的室内试验得出如下结论：

（1）Sup-20 改性沥青混合料中增加聚酯纤维和玄武岩纤维，高温稳定性提高明显，表明增加纤维具有良好的加筋特性，可以很好地提高改性沥青混合料的抗车辙性能。玄武岩纤维沥青混合料的高温稳定性优于聚酯纤维沥青混合料。

（2）Sup-20 改性沥青混合料中增加聚酯纤维和玄武岩纤维，水稳定性提高，相对高温稳定性不明显。聚酯纤维沥青混合料的水稳定性略微优于玄武岩沥青混合料。

（3）Sup-20 改性沥青混合料中增加纤维，低温抗裂性明显提高，表明在沥青混合料中掺加纤维可以很好地提高沥青混合料的低温抗裂性，且玄武岩纤维沥青混合料的低温抗裂性优于聚酯纤维沥青混合料。玄武岩纤维沥青混合料的低温抗裂性能优于聚酯纤维沥青混合料。