玄武巖纖維提升溫拌再生混合料路用性能研究

雷江,羅友鴻,裴鑫雨

(1.貴州省望謨縣農(nóng)村公路管理局,貴州 望謨 552300；2.貴州省冊亨縣農(nóng)村公路管理局,貴州 冊亨 552200；3.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074)

纖維以其環(huán)保、價格低廉、能提升瀝青混合料性能等優(yōu)點引起了廣泛關注，已有不少學者通過將不同品種纖維和各類瀝青混合料結(jié)合使用來研究纖維對混合料性能的增強作用。張勤玲等就新瀝青和玄武巖纖維(BF)摻量進行研究，得出不同摻量新瀝青和BF對再生混合料性能的提升效果不同，但沒有表明再生技術的類型，缺少針對性；王恩等在冷拌再生中應用纖維，發(fā)現(xiàn)纖維在保持冷再生混合料長期穩(wěn)定性上有著不俗的功效；馬煜纓從壓實特性角度進行試驗研究，得出礦物纖維對抵抗變形的作用最大。BF是一種無機礦物型纖維，具有強度高、耐久性好、韌性好、可適用于各類環(huán)境等優(yōu)點，被作為改性材料廣泛應用于各種材料中以提升材料的性能，其中以水泥砼和瀝青混合料最常見。目前對BF在提升瀝青混合料、冷再生和熱再生混合料性能方面的研究較全面，但對BF對溫拌再生瀝青混合料(WRMA)性能影響的研究還不夠全面。鑒于此，該文以重慶市合川區(qū)某瀝青路面改造工程為依托，通過車轍試驗、小梁彎曲破壞試驗、浸水馬歇爾穩(wěn)定度試驗、凍融劈裂試驗等研究不同摻量BF對WRMA性能的影響。

1 原材料

1.1 舊路面瀝青混合料(RAP)

分別從銑刨現(xiàn)場得到不同區(qū)域同一深度且具有代表性的RAP，為得到更接近于實際的試驗數(shù)據(jù)，對不同區(qū)域的RAP均勻取樣后進行6組試驗，取其平均值，得出瀝青含量、針入度、延度、軟化點等(見表1和表2)。

表1 RAP瀝青含量試驗結(jié)果

表2 RAP瀝青的主要技術指標

1.2 新瀝青

為最大程度恢復RAP的性能，選用標號比RAP中老化瀝青高的90#基質(zhì)瀝青，其主要性能指標見表3。

表3 90#基質(zhì)瀝青的主要技術指標

1.3 再生劑

選用SZS瀝青再生劑，按照規(guī)范要求對其進行檢測，結(jié)果見表4，均滿足規(guī)范要求。

表4 SZS瀝青再生劑的技術指標

1.4 玄武巖纖維

選用的玄武巖纖維為BFCS-13 μm～6 mm短切紗，其外觀見圖1，主要技術指標見表5。

圖1 玄武巖纖維

表5 BFCS-13 μm～6 mm短切紗的技術指標

2 路用性能研究

試驗過程中，再生劑摻量一般根據(jù)RAP中瀝青含量確定，將RAP中瀝青質(zhì)量的6.5%作為SZS再生劑摻量；溫拌劑選用Sasobit-LM，摻量為瀝青質(zhì)量(包括RAP中的老化瀝青)的3%。在WRAM中分別摻入0～0.5% BF進行6組對比試驗，分析BF對WRMA性能的提升效果。

2.1 高溫穩(wěn)定性

將6組不同BF摻量的WRAM依次進行車轍試驗，分別輪碾45和60 min，研究WRAM的動穩(wěn)定度。不同BF摻量WRAM的動穩(wěn)定度見圖2。

圖2 不同BF摻量WRAM的車轍試驗結(jié)果

由圖2可知：不同BF摻量WRMA的動穩(wěn)定度均滿足規(guī)范要求，摻入BF后，WRMA的高溫穩(wěn)定性提升效果顯著。BF摻量為0.4%時，WRMA的動穩(wěn)定度最優(yōu)；BF摻量為0～0.3%時，動穩(wěn)定度提升效果最顯著；進一步提高摻量，WRMA的動穩(wěn)定度無明顯變化甚至有一些降低。這是由于纖維會吸收瀝青并在混合料中結(jié)團，過多地摻入纖維可能會影響混合料的其他性能。纖維的最佳摻量為0.3%～0.4%。

摻纖維再生混合料的黏彈性得到極大提升，因而摻纖維后再生混合料的高溫穩(wěn)定性得到改善。隨著BF的摻入，WRMA的流動性在一定程度上降低，內(nèi)摩擦力增加，這是WRMA高溫穩(wěn)定性上升的主要原因之一。

2.2 低溫抗裂性

在-10 ℃的環(huán)境中對6組不同BF摻量WRMA小梁試件進行彎曲破壞試驗，得到最大破壞應變(見圖3)。

圖3 不同BF摻量WRAM的小梁彎曲破壞試驗結(jié)果

由圖3可知：WRMA的破壞應變隨著BF摻量的增大而增加，BF摻量為0.4%時，WRMA的破壞應變最大，抗裂性最好，破壞應變比未摻纖維時提高15.3%。結(jié)合路面在低溫環(huán)境下產(chǎn)生裂縫的原因，玄武巖纖維可通過自身的韌性產(chǎn)生彈性恢復，給再生混合料提供良好的加韌和自愈能力。

小梁彎曲破壞試驗中，會出現(xiàn)沿瀝青混合料顆粒之間的界面不斷產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象，隨著裂紋的不斷延伸擴大，難免會遇到混合料中的大顆粒，經(jīng)過擠壓和剪切后，會沿裂紋界面發(fā)生破壞。BF可提升WRMA的柔韌性和界面強度，因而摻纖維再生混合料的破壞應變比未摻纖維混合料大得多。

2.3 水穩(wěn)定性

浸水馬歇爾穩(wěn)定度可反映WRMA在發(fā)生水損害時抗剝落的能力，但存在一定不足。為進一步分析WRMA抵抗水損害的能力，通過凍融劈裂試驗模擬路面破壞的真實狀態(tài)，試驗結(jié)果見圖4、圖5。

圖4 不同BF摻量WRAM的浸水馬歇爾試驗結(jié)果

圖5 不同BF摻量WRAM的凍融劈裂試驗結(jié)果

由圖4、圖5可知：摻加BF的再生混合料的水穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求。纖維摻量為0.3%時，殘留穩(wěn)定度最大，比未摻纖維時提升5.1%；BF摻量為0.3%時，WRMA的凍融劈裂強度和凍融劈裂強度比TSR最大，比未摻纖維時提升10.7%。

再生混合料在拌和和施工過程中無法避免出現(xiàn)空隙，水的流動性和滲透性會使再生混合料的空隙中一直存在微量的水，由外部荷載引起的內(nèi)部水壓力導致混合料內(nèi)部松動、開裂。根據(jù)已有研究，瀝青與集料形成的界面無法抵御水的浸入，玄武巖纖維可與瀝青和集料形成更穩(wěn)定、更全面的界面且強度更大，抵御水浸入的能力和在外部荷載作用下的整體性都得到極大提升。同時，WRMA的油石比隨著BF的摻入得到提高，油石比的提高使WRMA的瀝青膜密度增大，能更好地抵御水壓力的荷載，增強WRMA的水穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

(1)與不摻加BF相比，BF使WRMA的動穩(wěn)定度提高41.7%，破壞應變提高15.3%，殘留穩(wěn)定度提高5.1%，TSR提高10.7%，即BF可綜合改善WRMA的路用性能。

(2)BF摻量對WRMA路用性能的提升效果有極大影響，綜合分析，BF的最佳摻量為0.3%。但各地的地理氣候、荷載等級、降水量等路面環(huán)境不同，實際工程中對WRMA路用性能的偏重也不同，為更好地迎合實際情況需求，BF摻量可在0.3%～0.4%進行調(diào)整。

(3)文中只研究了BF摻量對WRMA路用性能的影響，沒有研究不同RAP摻配率對WRMA路用性能的影響，無法確定最佳RAP摻配率，需作進一步試驗研究。