玄武岩纤维对于改善沥青混合料抗裂性的研究

孙威宇，李莉斯，张茂林，蔡新宇

(西藏大学 工学院，西藏 拉萨 850000)

0 前 言

高海拔多年冻土区存在常年低温、昼夜温差大、太阳辐射强、冻融循环等严酷自然条件，易导致沥青公路面层低温开裂、材料属性变化、路基不均匀沉降和基层引起的反射裂缝等问题。其中西藏地区沥青公路的结构性开裂在路面老化中占比较大[1]。西藏公路施工图设计普遍存在的现象是重视公路的平面线形设计，不重视施工图设计，对于路面具体材料要求没有具体的技术指标作为施工依据[2]。虽然沥青可以在高温下保持黏性，但是在低温条件下，沥青的黏性便会大幅降低。沥青黏性的降低会导致沥青路面过早的开裂[3]。

AC-13沥青混凝土是西藏最常见的道路沥青材料，在西藏的各个城市和高速公路上都有使用。为了适应高温度应力环境条件，需对沥青的各项性能进行改良研究，关于沥青性能改善的研究，选择合适的掺合料进行沥青改性是目前常见的研究方向。鉴于玄武岩纤维具有较高的弹性模量，且被较广泛地应用于水泥混凝土中，因此考虑将其应用于改善沥青混凝土的低温抗裂性能中。

1 试验过程

1.1 试验原材料

沥青混合料采用的是取自G109那曲市安多县养护段所用的AC-13的沥青混合料，在沥青混合料中添加长度为6 mm、单丝公称直径为9 μm的玄武岩纤维从而探究减弱高寒地区沥青公路温度应力的有效减弱方法。

1.2 试验试件制备

本实验设计三组试验组、一组空白对照组。空白对照组由不添加玄武岩纤维的AC-13沥青混合料制成；实验组中，第一组的玄武岩纤维的掺入量为沥青混合料质量的0.1%，第二组的玄武岩纤维的掺入量为沥青混合料质量的0.2%，第三组的玄武岩纤维的掺入量为沥青混合料质量的0.3%。试验试块采用马歇尔电动击实仪击打成型，击实锤的重量为4 530 g，重锤落差为457 mm，击实速度为60次/min，击实次数为双面各50次。

具体试验方法为，先将AC-13沥青混合料和模具共同加热至150℃，加热时间为90 min，将加热后的沥青混合料倒入到事先设定温度为150℃的BH-20型智能沥青混合料搅拌机中，再将事先称量好的玄武岩纤维倒入沥青混合料搅拌机中，先用手工将玄武纤维和沥青混合料略微搅拌以防止沥青搅拌仪搅拌时有纤维飞出搅拌缸，然后用沥青混合料搅拌仪搅拌180 s(见图1)。在模具上涂抹脱模剂，将拌和好的沥青混合料放入模具中，用马歇尔电动击实仪进行试块的击实，击实后放置6 h，用脱模机进行脱模。测量试件规格为(63.5±1.3)mm为合格试件(见图2)。时间制作完成后进行标准养护，养护完成后的试件按照规程T0716进行50 mm/min的加载速率进行劈裂试验。

图1 沥青混合料搅拌

图2 试件尺寸测量

2 试验结果分析

2.1 实验结果

按照上述试验过程进行试验以后测得具体数据，未添加玄武岩纤维的试件数据如表1所示，玄武岩纤维添加量为0.1%的试件实验数据见表2，玄武岩纤维添加量为0.2%的试块实验数据如表3所示，经试验玄武岩纤维添加量为0.3%的试件在进行冻融循环时发生碎裂。

表1 未添加玄武岩纤维试件数据

表2 玄武岩纤维的添加量为0.1%试件测试数据

表3 玄武岩纤维的添加量为0.2%试件测试数据

2.2 结果分析

根据实验结果数据可得，在玄武岩纤维的添加量从0.1%增加至0.2%时沥青试件的劈裂强度有明显增加，但当玄武岩纤维的添加量为0.3%时，沥青试件在冻融循环过程中便出现了破碎。证明当在AC-13沥青混合料中添加本文中所选定规格的玄武岩纤维提高沥青的抗裂性的方法是可取的，添加最佳值为0.1%～0.2%，当玄武岩纤维的添加量为0.3%时会使沥青混合料的粘聚力降低。最适添加量还有待进一步的试验论证。

一定量长度为6 mm、单丝公称直径为9 μm玄武岩纤维在沥青混合料中呈现网状分部，有效地增加了沥青和级配碎石之间的粘结力，从而有效提升了沥青混合料低温稳定性、减缓沥青路面的冻融开裂问题。但是当AC-13沥青混合料中的玄武岩纤维的添加量为0.3%时会降低沥青和级配碎石之间的粘聚力，从而导致沥青混合料在冻融循环中出现破碎。

3 结 语

本文论述AC-13沥青混合料在不同掺量玄武岩纤维试验情况下的冻融劈裂试验。通过对各组沥青试件劈裂强度的比较，从而评估玄武岩纤维对于改善AC-13沥青混合料抗裂性的影响。根据试验数据可以得出以下结论。

1)玄武岩纤维通过加筋方式、增加沥青混合料内部的黏性，起到改善沥青混合料的抗裂性能。

2)沥青混合料中加入适当的玄武岩纤维可以减少沥青路面的低温开裂，其中玄武岩纤维的掺量为0.2%时，沥青混合料的抵抗开裂的性能最好。

3)AC-13沥青混合料玄武岩纤维的掺量为0.3%时，沥青混合料抵抗开裂的性能会低于不添加玄武纤维的AC-13沥青混合料。

在高寒地区AC-13沥青中掺入一定量的玄武岩纤维可以有效改善低温开裂，在高寒地区使用AC-13的沥青混凝土路面施工时可考虑加入一定量的玄武岩纤维来提高路面的低温抗裂性能。

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