稳定剂对SMA沥青混合料路用性能影响研究

李永花

摘要 SMA沥青混合料路面是常用的一种路面层，比较容易出现裂缝、车辙等病害问题，对行车舒适、安全等影响较大。文章对在沥青混合料中掺入玄武岩纤维和木质纤维，与未掺入纤维的沥青混合料进行室内试验的检测，得出掺入玄武岩纤维能提升路用性能，有效减少裂缝、车辙等病害问题，使沥青路面耐久性提高，减少维修费用。

关键词 沥青混合料;玄武岩纤维;路用性能;车辙试验;低温弯曲试验;冻融劈裂试验

中图分类号 U416.217 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）10-0178-03

0 引言

近年来我国交通事业建设高速发展，随着公路的加大建设，交通量和交通荷载也急剧增加，而最常用的SMA沥青混合料路面也面临着更大的考验，部分交通流量大的公路路面在比较短的时间内就出现了车辙以及裂缝等早期出现的病害，给人们的出行以及行车安全造成影响，所产生的维修费也是一笔巨大的经济损失。因此，改善SMA沥青混合料路面的性能，提高投资效益成为重要的研究课题。

SMA沥青混合料是以矿粉、改性沥青等原材料组合而成的沥青玛蹄脂结合料[1]。主要的特点包括以下两方面：①改性沥青、矿粉和细集料的结合能将沥青玛蹄脂的骨架进行胶结，使骨架之间的空隙得到填充，使混合料具有较好的耐久性以及柔性[2];②粗集料的含量多造成彼此之间嵌锁而形成高稳定性骨架结构[2]。改性沥青玛蹄脂混合料的结构为三多：沥青、矿粉、粗集料多，一少：细集料少[3]。是目前沥青路面使用比较多的混合料，它的耐久性好，抗变形的能力强，有着较好的水稳定性能以及低温抗变形的能力及高温抗车辙的能力[4]。而在掺入纤维后，能使沥青混合料的粘度有很大程度上的提高，在路面施工中有更好的摊铺以及压实效果。常用的纤维种类比较多，如聚酯纤维、玄武岩纤维、木质纤维、玻璃纤维等，而玄武岩纤维属于无机非金属纤维，优点有：①较高的弹性模量;②稳定的化学性能;③导热系数低;④与沥青结合效果更好;⑤抗老化。因此得到了广泛的使用。

1 原材料技术指标及级配设计

1.1 SBS改性沥青

该文选用SBS I-D改性沥青，严格依照相关技术规范中的试验规程，检测沥青的各项指标，结果如表1所示。

1.2 集料与矿粉

针片状的含量是检测粗集料性能关键的指标，对混合料稳定性有很大的影响，而且粗集料在使用的时候要维持干净及干燥的状态。细集料需无风化、无杂质，干净及干燥状态。矿粉选择使用石灰石矿粉，在掺入混合料时，需要保证矿粉本身的干燥度以及干净无杂物。在沥青混合料中掺入矿粉，能增加粘附性、增强其强度。集料与矿粉的指标严格依照相关技术规范中的要求进行检测。结果如表2、表3所示。

1.3 纤维稳定剂选取

试验选用掺入木质纤维和玄武岩纤维两种纤维原材料。木质纤维是植物纤维，也称为惰性纤维，颜色为灰色，形状如絮状，有很好的稳定性和抗腐蚀性。玄武岩纤维是一种褐色纤维，是将玄武岩矿石通过一定的高温进行融化后，然后对其抽丝，以特殊的方法处理表面而得到。具有耐高温的特性，比较环保，抗拉强度高，耐碱性和化学性能稳定，在沥青混合料中加入玄武岩纤维，能提升混合料的高温性能和低温性能。指标检测结果如表4、表5所示。

1.4 矿料的设计级配

该次选用设计级配的结构为SMA-13型，设计级配如表6所示。

2 混合料的性能试验

2.1 水稳定性能

沥青路面的水损害是常见的病害之一，容易出现沥青路面的松散、坑槽、麻面、网裂、坑洞以及路基的破坏等病害问题，因此水稳定性能成为沥青路面的路用性能的重要检验指标之一。水稳定性不但与外界因素息息相关，与混合料性能也有很大关系。预防因水稳定性能带来早期病害的问题，须提高沥青混合料的性能。该文选用冻融劈裂试验，对沥青混合料未掺入纤维、掺入木质纤维、掺入玄武岩纤维的各3组试件进行水稳定性能的试验检测，结果如表7所示。

从表7的试验结果看出，在沥青混合料中掺入玄武岩纤维或木质纤维后的抗水害的性能都有很大幅度上的增強，在沥青混合料中掺入玄武岩纤维的TSR比木质纤维的增强3.7%，比未掺入纤维的增强8.2%[5]。由此可得掺入玄武岩纤维对水稳定性能的提升表现更好。分析其主要原因：玄武岩纤维的抗拉拔力强，分散性好，能提升抗劈裂强度。玄武岩纤维吸水率也比较低，也提高了沥青的总用量，从而增加矿料表面沥青膜的厚度，遏制沥青和矿料之间的水流动。

2.2 高温车辙试验

沥青路面出现车辙病害，不仅影响公路的服务水平，也造成了因路面的强度下降而产生的其他公路病害。沥青混合料通过进行车辙试验方法，制成（30×30×5）cm混合料标准的试件。在进行试验前，将制作好的试件放入（60±1）℃的恒温室中养护至8 h，养护期间需将试件的温度控制在（60±0.5）℃之间。养护结束后，进行车辙试验，记录45 min与60 min的试件变形量，试验结果如表8所示。

从车辙动稳定度试验表8的结果可以得出，掺入纤维之后的沥青混合料动稳定度都有所增强，能表现出更好的高温的稳定性。掺入玄武岩纤维的SMA沥青混合料的动稳定度比木质纤维的增强了14.4%，比未掺入纤维的增强了44.4%。试验结果表明：在SMA中掺入玄武岩纤维，高温稳定性能最好。分析其主要原因：玄武岩纤维的抗拉性能比木质纤维的更强，力学及物理性能更好。在沥青混合料搅拌过程中，纤维让彼此搭接在一起，使沥青混合料具有更强的粘结性，有效减少沥青在混合料中的流动。

2.3 低温抗裂试验

沥青是一种容易随着温度变化力学性能产生很大变化的材料，强度、劲度会因为天气温度下降而增强[6]，导致沥青混合料的变形能力极速下降，产生脆性破坏，形成低温裂缝。为了进行低温抗裂试验，该文选用低温弯曲试验方法检测，结果如表9所示。

表9表明：掺入玄武岩纤维比木质纤维的抗弯拉强度增强了8.5%，比未掺入纤维的抗弯拉强度增强了14.6%，而劲度模量都小于掺入木质纤维和未掺入纤维的。由此可得掺入玄武岩纤维的抗拉强度都比掺入木质纤维和未掺入纤维的高。弯拉应变随着温度降低而变大，代表混合料在抗变形方面的能力更高，而其弯拉应变越大，代表低温性能的表现越好;掺入玄武岩纤维比掺入木质纤维的弯拉应变增加16.1%，比未掺入纤维的弯拉应变增加28.7%。分析其主要原因：掺入玄武岩纤维，在低温情况下，沥青的筋度比较大;而且玄武岩纤维的抗拉强度与分散的能力都较强，在沥青混合料中能起到很好的阻裂作用，减少沥青混合料在低温时的损害，增强其抗变形的能力，减少扩展沥青混合料中的裂缝。

3 结论

（1）动稳定度：玄武岩纤维5 836次/mm，木质纤维5 100次/mm，未掺纤维4 041次/mm;掺入玄武岩纤维提高高温稳定性能表现的效果最好。

（2）弯拉应变：玄武岩纤维5 021 με，木质纤维4 324 με，未掺纤维3 901 με，掺入玄武岩纤维提高低温的抗裂性表现最好。

（3）玄武岩纤维的自身抗拉拔力强，分散性好，能提升抗劈裂强度以及水稳定性能。

（4）综上，掺入稳定剂能有效提升混合料的路用性能，排序为：玄武岩纤维>木质纤维>未掺入纤维。

参考文献

[1]冯彦龙. 浅谈几种公路沥青面层的结构特点[J]. 中小企业管理与科技， 2011（7）： 210.

[2]刘勇刚， 周超， 王立军. 几种高等级公路沥青面层结构技术特点的对比分析[J]. 森林工程， 2004（1）： 51-52.

[3]李冬. 沥青混凝土面层分类及施工技术[J]. 民营科技， 2013（5）： 148.

[4]李力新， 王军. 浅谈SMA路面施工的质量控制[J]. 中国科技信息， 2008（1）： 31+33.

[5]陈杰宏， 孔德胜， 李文凯. 基于玄武岩纤维沥青混合料路用性能研究[J]. 河南科学， 2017（10）： 1677-1682.

[6]史洪军. 寒冷地区沥青路面抗裂性能的研究[D]. 长春：吉林建筑工程学院， 2010.