穩(wěn)定劑對SMA瀝青混合料路用性能影響研究

李永花

摘要 SMA瀝青混合料路面是常用的一種路面層，比較容易出現(xiàn)裂縫、車轍等病害問題，對行車舒適、安全等影響較大。文章對在瀝青混合料中摻入玄武巖纖維和木質(zhì)纖維，與未摻入纖維的瀝青混合料進行室內(nèi)試驗的檢測，得出摻入玄武巖纖維能提升路用性能，有效減少裂縫、車轍等病害問題，使瀝青路面耐久性提高，減少維修費用。

關(guān)鍵詞 瀝青混合料;玄武巖纖維;路用性能;車轍試驗;低溫彎曲試驗;凍融劈裂試驗

中圖分類號 U416.217 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0178-03

0 引言

近年來我國交通事業(yè)建設(shè)高速發(fā)展，隨著公路的加大建設(shè)，交通量和交通荷載也急劇增加，而最常用的SMA瀝青混合料路面也面臨著更大的考驗，部分交通流量大的公路路面在比較短的時間內(nèi)就出現(xiàn)了車轍以及裂縫等早期出現(xiàn)的病害，給人們的出行以及行車安全造成影響，所產(chǎn)生的維修費也是一筆巨大的經(jīng)濟損失。因此，改善SMA瀝青混合料路面的性能，提高投資效益成為重要的研究課題。

SMA瀝青混合料是以礦粉、改性瀝青等原材料組合而成的瀝青瑪蹄脂結(jié)合料[1]。主要的特點包括以下兩方面：①改性瀝青、礦粉和細集料的結(jié)合能將瀝青瑪蹄脂的骨架進行膠結(jié)，使骨架之間的空隙得到填充，使混合料具有較好的耐久性以及柔性[2];②粗集料的含量多造成彼此之間嵌鎖而形成高穩(wěn)定性骨架結(jié)構(gòu)[2]。改性瀝青瑪蹄脂混合料的結(jié)構(gòu)為三多：瀝青、礦粉、粗集料多，一少：細集料少[3]。是目前瀝青路面使用比較多的混合料，它的耐久性好，抗變形的能力強，有著較好的水穩(wěn)定性能以及低溫抗變形的能力及高溫抗車轍的能力[4]。而在摻入纖維后，能使瀝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攤鋪以及壓實效果。常用的纖維種類比較多，如聚酯纖維、玄武巖纖維、木質(zhì)纖維、玻璃纖維等，而玄武巖纖維屬于無機非金屬纖維，優(yōu)點有：①較高的彈性模量;②穩(wěn)定的化學性能;③導熱系數(shù)低;④與瀝青結(jié)合效果更好;⑤抗老化。因此得到了廣泛的使用。

1 原材料技術(shù)指標及級配設(shè)計

1.1 SBS改性瀝青

該文選用SBS I-D改性瀝青，嚴格依照相關(guān)技術(shù)規(guī)范中的試驗規(guī)程，檢測瀝青的各項指標，結(jié)果如表1所示。

1.2 集料與礦粉

針片狀的含量是檢測粗集料性能關(guān)鍵的指標，對混合料穩(wěn)定性有很大的影響，而且粗集料在使用的時候要維持干凈及干燥的狀態(tài)。細集料需無風化、無雜質(zhì)，干凈及干燥狀態(tài)。礦粉選擇使用石灰石礦粉，在摻入混合料時，需要保證礦粉本身的干燥度以及干凈無雜物。在瀝青混合料中摻入礦粉，能增加粘附性、增強其強度。集料與礦粉的指標嚴格依照相關(guān)技術(shù)規(guī)范中的要求進行檢測。結(jié)果如表2、表3所示。

1.3 纖維穩(wěn)定劑選取

試驗選用摻入木質(zhì)纖維和玄武巖纖維兩種纖維原材料。木質(zhì)纖維是植物纖維，也稱為惰性纖維，顏色為灰色，形狀如絮狀，有很好的穩(wěn)定性和抗腐蝕性。玄武巖纖維是一種褐色纖維，是將玄武巖礦石通過一定的高溫進行融化后，然后對其抽絲，以特殊的方法處理表面而得到。具有耐高溫的特性，比較環(huán)保，抗拉強度高，耐堿性和化學性能穩(wěn)定，在瀝青混合料中加入玄武巖纖維，能提升混合料的高溫性能和低溫性能。指標檢測結(jié)果如表4、表5所示。

1.4 礦料的設(shè)計級配

該次選用設(shè)計級配的結(jié)構(gòu)為SMA-13型，設(shè)計級配如表6所示。

2 混合料的性能試驗

2.1 水穩(wěn)定性能

瀝青路面的水損害是常見的病害之一，容易出現(xiàn)瀝青路面的松散、坑槽、麻面、網(wǎng)裂、坑洞以及路基的破壞等病害問題，因此水穩(wěn)定性能成為瀝青路面的路用性能的重要檢驗指標之一。水穩(wěn)定性不但與外界因素息息相關(guān)，與混合料性能也有很大關(guān)系。預防因水穩(wěn)定性能帶來早期病害的問題，須提高瀝青混合料的性能。該文選用凍融劈裂試驗，對瀝青混合料未摻入纖維、摻入木質(zhì)纖維、摻入玄武巖纖維的各3組試件進行水穩(wěn)定性能的試驗檢測，結(jié)果如表7所示。

從表7的試驗結(jié)果看出，在瀝青混合料中摻入玄武巖纖維或木質(zhì)纖維后的抗水害的性能都有很大幅度上的增強，在瀝青混合料中摻入玄武巖纖維的TSR比木質(zhì)纖維的增強3.7%，比未摻入纖維的增強8.2%[5]。由此可得摻入玄武巖纖維對水穩(wěn)定性能的提升表現(xiàn)更好。分析其主要原因：玄武巖纖維的抗拉拔力強，分散性好，能提升抗劈裂強度。玄武巖纖維吸水率也比較低，也提高了瀝青的總用量，從而增加礦料表面瀝青膜的厚度，遏制瀝青和礦料之間的水流動。

2.2 高溫車轍試驗

瀝青路面出現(xiàn)車轍病害，不僅影響公路的服務水平，也造成了因路面的強度下降而產(chǎn)生的其他公路病害。瀝青混合料通過進行車轍試驗方法，制成（30×30×5）cm混合料標準的試件。在進行試驗前，將制作好的試件放入（60±1）℃的恒溫室中養(yǎng)護至8 h，養(yǎng)護期間需將試件的溫度控制在（60±0.5）℃之間。養(yǎng)護結(jié)束后，進行車轍試驗，記錄45 min與60 min的試件變形量，試驗結(jié)果如表8所示。

從車轍動穩(wěn)定度試驗表8的結(jié)果可以得出，摻入纖維之后的瀝青混合料動穩(wěn)定度都有所增強，能表現(xiàn)出更好的高溫的穩(wěn)定性。摻入玄武巖纖維的SMA瀝青混合料的動穩(wěn)定度比木質(zhì)纖維的增強了14.4%，比未摻入纖維的增強了44.4%。試驗結(jié)果表明：在SMA中摻入玄武巖纖維，高溫穩(wěn)定性能最好。分析其主要原因：玄武巖纖維的抗拉性能比木質(zhì)纖維的更強，力學及物理性能更好。在瀝青混合料攪拌過程中，纖維讓彼此搭接在一起，使瀝青混合料具有更強的粘結(jié)性，有效減少瀝青在混合料中的流動。

2.3 低溫抗裂試驗

瀝青是一種容易隨著溫度變化力學性能產(chǎn)生很大變化的材料，強度、勁度會因為天氣溫度下降而增強[6]，導致瀝青混合料的變形能力極速下降，產(chǎn)生脆性破壞，形成低溫裂縫。為了進行低溫抗裂試驗，該文選用低溫彎曲試驗方法檢測，結(jié)果如表9所示。

表9表明：摻入玄武巖纖維比木質(zhì)纖維的抗彎拉強度增強了8.5%，比未摻入纖維的抗彎拉強度增強了14.6%，而勁度模量都小于摻入木質(zhì)纖維和未摻入纖維的。由此可得摻入玄武巖纖維的抗拉強度都比摻入木質(zhì)纖維和未摻入纖維的高。彎拉應變隨著溫度降低而變大，代表混合料在抗變形方面的能力更高，而其彎拉應變越大，代表低溫性能的表現(xiàn)越好;摻入玄武巖纖維比摻入木質(zhì)纖維的彎拉應變增加16.1%，比未摻入纖維的彎拉應變增加28.7%。分析其主要原因：摻入玄武巖纖維，在低溫情況下，瀝青的筋度比較大;而且玄武巖纖維的抗拉強度與分散的能力都較強，在瀝青混合料中能起到很好的阻裂作用，減少瀝青混合料在低溫時的損害，增強其抗變形的能力，減少擴展瀝青混合料中的裂縫。

3 結(jié)論

（1）動穩(wěn)定度：玄武巖纖維5 836次/mm，木質(zhì)纖維5 100次/mm，未摻纖維4 041次/mm;摻入玄武巖纖維提高高溫穩(wěn)定性能表現(xiàn)的效果最好。

（2）彎拉應變：玄武巖纖維5 021 με，木質(zhì)纖維4 324 με，未摻纖維3 901 με，摻入玄武巖纖維提高低溫的抗裂性表現(xiàn)最好。

（3）玄武巖纖維的自身抗拉拔力強，分散性好，能提升抗劈裂強度以及水穩(wěn)定性能。

（4）綜上，摻入穩(wěn)定劑能有效提升混合料的路用性能，排序為：玄武巖纖維>木質(zhì)纖維>未摻入纖維。

參考文獻

[1]馮彥龍. 淺談幾種公路瀝青面層的結(jié)構(gòu)特點[J]. 中小企業(yè)管理與科技， 2011（7）： 210.

[2]劉勇剛， 周超， 王立軍. 幾種高等級公路瀝青面層結(jié)構(gòu)技術(shù)特點的對比分析[J]. 森林工程， 2004（1）： 51-52.

[3]李冬. 瀝青混凝土面層分類及施工技術(shù)[J]. 民營科技， 2013（5）： 148.

[4]李力新， 王軍. 淺談SMA路面施工的質(zhì)量控制[J]. 中國科技信息， 2008（1）： 31+33.

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[6]史洪軍. 寒冷地區(qū)瀝青路面抗裂性能的研究[D]. 長春：吉林建筑工程學院， 2010.