玄武巖纖維在瀝青路面中的應(yīng)用

葉 松 桐鄉(xiāng)市交通工程有限公司工程師

公路的穩(wěn)定性和荷載力是保障社會公眾正常生活生產(chǎn)的重要指標(biāo)之一。隨著近年來我國工業(yè)飛速發(fā)展，越來越多的超載車輛開始出現(xiàn)在公路路面，給公路的整體動穩(wěn)定度以及路面穩(wěn)定性帶來一定的壓力。除此之外，在國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，因早期設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)修筑的公路穩(wěn)定性較差，在日常使用過程中難免出現(xiàn)裂縫或超負荷運轉(zhuǎn)等問題。為了延長公路的整體使用壽命，減少公路的養(yǎng)護維修費用，瀝青路面施工應(yīng)選擇更加堅實、更加穩(wěn)定的路面材料。本文從玄武巖纖維的角度出發(fā)進行分析。

1 原材料介紹

1.1 瀝青

按照相關(guān)的研究和具體實驗可以看出，利用瀝青瑪蹄脂碎石混合料（Stone Mastic Asphalt or Stone Matrix Asphalt，SMA）修建的路面，在高溫天氣會變軟，仍可繼續(xù)使用，在較低的溫度下一般不會產(chǎn)生裂縫，并且耐磨性較強，可以持久使用。在使用瀝青時，應(yīng)嚴格按照具體情況進行使用，一般情況下都是通用的，不過在極個別情況下，需要使用改性瀝青才可以達到想要的結(jié)果。

1.2 集料

制作SMA 瀝青混合料的時候，集料是至關(guān)重要的組成部分，在使用時應(yīng)篩選出一些質(zhì)量較好的巖石進行粉碎。例如，有些質(zhì)地較軟的、質(zhì)量較差的石料根本不符合規(guī)定的施工標(biāo)準(zhǔn)，不可以使用。SMA 瀝青混合料需要使用高強度、質(zhì)量好的細石料，表面的紋理非常清晰，黏土含量不能大于1%，最好使用人工砂。

2 玄武巖纖維簡述

在瀝青路面施工中，玄武巖纖維作為重要的添加物，對瀝青路面的穩(wěn)定性以及抗裂性有著較強的輔助作用。玄武巖纖維的應(yīng)用能夠提高瀝青路面的整體穩(wěn)定性，提高瀝青路面基層的整體抗裂性能，并改善原本混合料的性能，提高混合料的韌性和耐久性[1]。正是因為玄武巖纖維的特點以及玄武巖纖維在瀝青路面的應(yīng)用，近年來越來越多的企業(yè)開始將玄武巖纖維加入瀝青路面施工中，并取得了良好的效果。從瀝青路面施工的角度分析，玄武巖纖維在瀝青路面的應(yīng)用有以下幾個方面的應(yīng)用優(yōu)勢。

（1）與其他材料相比，玄武巖纖維的比表面積能夠充分吸附瀝青并形成界面層，吸附作用能夠緩沖路面碾壓的應(yīng)力。與其他材料相比，玄武巖纖維形成的界面層分子排列順序更穩(wěn)定、化學(xué)性能更強。

（2）雖然玄武巖纖維在瀝青混合料的整體占比較少，但依舊能夠形成穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)，并提升瀝青混合料的整體穩(wěn)定性。因此，作為具有良好穩(wěn)定性和抗裂性能的材料，玄武巖纖維在瀝青混合料中能夠分散瀝青路面承受的車輛荷載作用力，提高瀝青路面整體的抗碾軋性能。除此之外，由于玄武巖纖維的抗拉強度較高，因此在瀝青路面施工以及應(yīng)用過程中，瀝青混合料都能保持其相對穩(wěn)定性。

（3）玄武巖纖維本身也能夠提高瀝青混合料的整體黏結(jié)性能，改善瀝青與其他集料的黏結(jié)效果。

3 玄武巖纖維的應(yīng)用

在瀝青路面中，玄武巖一方面可以應(yīng)用在新修建的公路中，提高新修建公路的整體穩(wěn)定性；另一方面也能夠利用玄武巖纖維技術(shù)對已經(jīng)出現(xiàn)裂痕或有較大損壞的公路路面進行修復(fù)處理。具體而言，作為瀝青路面的重要添加材料之一，為了提高瀝青路面的整體穩(wěn)定性和各項性能，施工隊伍應(yīng)在綜合分析公路工程所需的路面穩(wěn)定度以及各項參數(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上開展瀝青路面原材料及級配設(shè)計。

3.1 原材料設(shè)計

在瀝青路面原材料設(shè)計中，瀝青是設(shè)計的核心。公路特別是需要添加玄武巖纖維的公路，往往由大型車輛運輸，大型車輛容易對瀝青路面造成破壞，影響路面的穩(wěn)定性，甚至?xí)霈F(xiàn)瀝青路面開裂等問題[2]。因此，在對瀝青路面穩(wěn)定性有特殊要求的公路工程中，施工隊伍應(yīng)重視瀝青混合料的高溫性能以及穩(wěn)定性能，盡可能地選擇黏度高且低溫性能好的瀝青材料，并根據(jù)公路工程的實際性能要求選擇瀝青原材料。

3.2 級配設(shè)計

在瀝青路面施工中，石料與瀝青路面的穩(wěn)定性也有著密切的聯(lián)系，其中碎石作為瀝青路面的重要原材料之一，其性能指標(biāo)直接決定了瀝青混合料的整體強度以及各項性能指標(biāo)。

因此，在設(shè)計瀝青混合料時，施工隊伍應(yīng)綜合考慮碎石的各項性能指標(biāo)，包括碎石的壓碎值、碎石的磨損以及碎石的黏附性能。其中，碎石的壓碎值決定了碎石的整體強度，特別是在長期有超荷載車輛通行的瀝青路面施工中，石料的強度越高，該路面的整體穩(wěn)定性和強度也就越高。磨損性能主要是保證車輛往來頻繁的情況下，瀝青路面還能夠保持相對穩(wěn)定性以及路面的整體強度。而黏附性能是指瀝青混合料的性能。由于酸性碎石二氧化硅含量過高，因此在瀝青路面施工中一般不選擇酸性碎石作為材料，但如果有硬性要求，施工團隊也應(yīng)添加抗剝落劑來保證集料的穩(wěn)定性。

在此基礎(chǔ)上，瀝青混合料的級配設(shè)計應(yīng)擁有以下性能：瀝青混合料的集料壓碎值應(yīng)≤28%；磨耗損失應(yīng)≤30%。此外，由于集料包含不同的化學(xué)成分，因此集料中的粉塵含量、含水量和集料的磨光值、堅固性都是施工隊伍需要考慮的因素。

3.3 玄武巖纖維

玄武巖纖維是本文研究的重點內(nèi)容。在瀝青路面施工中，有效添加玄武巖纖維，不僅能夠提高瀝青路面的整體穩(wěn)定性，還能夠保障路面的后續(xù)穩(wěn)定性，有效節(jié)省后續(xù)養(yǎng)護維修的費用以及維修次數(shù)。在瀝青混合料中添加玄武巖纖維應(yīng)考慮以下要點。施工隊伍應(yīng)充分考慮，在原有瀝青混合料中添加玄武巖纖維等材料是否會破壞瀝青混合料的整體性能、是否能夠保證玄武巖纖維在瀝青混合料中均勻分散。由于玄武巖纖維需要經(jīng)過攪拌，并與瀝青形成吸附效果才能形成界面層，分散車輛對瀝青路面的壓力。因此，施工隊伍在選擇玄武巖纖維時，應(yīng)對玄武巖纖維的纖維長度、直徑、斷裂強度和密度等內(nèi)容進行重點檢測。

4 玄武巖纖維瀝青混合料在瀝青路面維修中的應(yīng)用性能

如上所述，在瀝青路面施工中，玄武巖纖維的應(yīng)用一方面能夠提高瀝青路面的整體強度，另一方面也能夠針對原有公路路面出現(xiàn)的損壞進行有效解決。在此背景下，從玄武巖瀝青混合料的角度出發(fā)，對其在瀝青路面維修工程中的應(yīng)用性能進行簡要分析。

4.1 高溫穩(wěn)定性能分析

高溫穩(wěn)定性能是保證瀝青路面在使用過程中不發(fā)生變形、裂縫的重要性能之一。根據(jù)本文的分析研究，在瀝青混合料中填入不同比例的玄武巖纖維對瀝青混合料的動穩(wěn)定度有不同的影響。其中，瀝青混合料動穩(wěn)定度的整體規(guī)范要求不小于3 000，而不添加玄武巖纖維的混合料動穩(wěn)定度為±5 000，添加0.3%的玄武巖纖維動穩(wěn)定度為±5 500，添加0.5%的玄武巖纖維動穩(wěn)定度為±5 800，添加0.7%玄武巖纖維動穩(wěn)定度為±6 000，而添加玄武巖纖維量為0.8%、0.9%時瀝青混合料的動穩(wěn)定度增幅并不明顯。因此，隨著玄武巖纖維的添加，瀝青混合料的高溫性能在0.3%～0.5%時增幅趨勢最大。因此，如果玄武巖纖維的添加含量過小，瀝青混合料的整體工藝性能變化并不大。但如果瀝青混合料中玄武巖纖維的占比過高，也會影響瀝青混合料的高溫性能，施工隊伍應(yīng)根據(jù)施工要求選擇合適的玄武巖纖維的添加量。

4.2 低溫性能分析

瀝青混合料的低溫性能是保證瀝青路面在溫差較大或溫度較低地區(qū)能夠有效應(yīng)用，是保證路面穩(wěn)定性的重要性能之一。為了研究玄武巖纖維添加后瀝青混合料的低溫性能變化，本文以彎曲試驗為基礎(chǔ)進行分析。

在不添加玄武巖纖維時，瀝青混合料的彎拉應(yīng)變量為±2 900，隨著玄武巖纖維添加量的不斷增加，瀝青混合料的彎拉應(yīng)變數(shù)也在不斷提高，而且增長幅度亦有所變化。在玄武巖纖維添加量為0.3%～0.5%時，玄武巖纖維瀝青混合料的彎拉應(yīng)變增長幅度較大。因此，與高溫性能相同，瀝青混合料的低溫性能變化的增長幅度也呈現(xiàn)由快到緩的趨勢，0.3%～0.5%的玄武巖纖維添加量能夠使瀝青混合料的彎拉應(yīng)變增幅最大。

4.3 水穩(wěn)定性能分析

瀝青路面的水穩(wěn)定性能是瀝青路面是否出現(xiàn)裂縫的重要參考指標(biāo)。在測試瀝青路面的水穩(wěn)定性能時，本文以瀝青混合料的凍融劈裂實驗和浸水馬歇爾實驗結(jié)果為基礎(chǔ)進行分析。在不添加玄武巖纖維時，瀝青混合料的凍融劈裂強度比為85%，材料穩(wěn)定度為86%，符合規(guī)范要求。而在加入玄武巖纖維后，瀝青混合料的凍融劈裂強度比逐漸提高，0.3%添加量時，凍融劈裂強度比在85%以上，0.5%添加量時強度比為94%。與之相對，瀝青混合料的材料穩(wěn)定度也在不斷提高，0.3%添加量時穩(wěn)定度在90%以上，0.5%添加量時材料穩(wěn)定度在95%以上。

根據(jù)實驗可知，雖然不摻雜玄武巖纖維瀝青混合料的凍融劈裂強度比、材料穩(wěn)定度也符合規(guī)范的要求，但隨著玄武巖纖維添加量的增加，瀝青混合料的水穩(wěn)定性能也在不斷提高，無論是凍融劈裂強度比還是材料穩(wěn)定度都呈增大趨勢。而在變化幅度方面，玄武巖纖維的添加量由0.3%到0.5%時，混合料的凍融劈裂強度和材料穩(wěn)定度有較大的增幅，而在到達0.5%后，瀝青混合料的水穩(wěn)定度增幅變化隨著玄武巖產(chǎn)量的增加而有所減少（圖1）。綜上，瀝青混合料中的玄武巖纖維添加量為0.4%時，混合料本身的性能最好。

圖1 玄武巖纖維摻量對凍融劈裂殘留強度比的影響

5 玄武巖纖維在瀝青路面施工中的工藝分析

在瀝青路面施工中，玄武巖纖維的加入能夠提高路面的整體穩(wěn)定性，是瀝青路面施工工程的重要材料之一。

5.1 瀝青混合料的拌和工藝

在瀝青混合料中，添加適量的玄武巖纖維能夠全面提高瀝青混合料的整體性能以及抗裂性，但在施工中玄武巖纖維加入的難點在使其均勻分布在瀝青混合料中，并與瀝青黏附，形成界面層[3]。常見的玄武巖纖維與瀝青混合料的拌和方法有干法拌和法和濕法拌和法兩種，但單一的拌和方法容易導(dǎo)致瀝青混合料出現(xiàn)混合結(jié)團、離析等問題。

在此背景下，瀝青混合料的拌和方法可以采用溫度控制，在正式拌和前，先控制瀝青原料和集料的溫度，并按照瀝青和玄武巖碎石拌和、加入礦粉拌和、加入玄武巖纖維拌和的次序充分拌和瀝青混合料。在保證拌和時間、嚴格控制拌和溫度的情況下提高玄武巖纖維與瀝青混合料接觸的充分度，令其均勻分布在瀝青混合料中，形成界面層。

5.2 瀝青混合料的運輸

由于瀝青混合料的拌和并不在施工現(xiàn)場，許多公路工程都是在工廠拌和好瀝青混合料后運輸至施工現(xiàn)場進行瀝青路面的攤鋪作業(yè)，而玄武巖纖維在拌和均勻后需要及時運送到公路工程的施工現(xiàn)場進行攤鋪，如果需要存儲也應(yīng)及時送至指定的存儲倉[4]。因此，瀝青混合料的運輸過程成為保障瀝青路面穩(wěn)定性的重要因素之一。對此，施工團隊在瀝青混合料運輸時應(yīng)堅持分批裝車、及時運料和穩(wěn)定運輸?shù)脑瓌t，避免一次性裝車導(dǎo)致瀝青混合料出現(xiàn)離析等問題，避免因運輸車輛速度過快而出現(xiàn)急剎車，影響瀝青混合料的穩(wěn)定性。

5.3 瀝青混合料的攤鋪和壓實施工工藝

攤鋪和壓實是瀝青混合料施工工藝中的關(guān)鍵一環(huán)。在施工前，施工人員需要根據(jù)瀝青路面的情況設(shè)定攤鋪系數(shù)，并嚴格選擇施工機械設(shè)備。

在攤鋪后，施工人員應(yīng)人工檢查攤鋪是否全面，保證攤鋪符合施工要求。在攤鋪后的碾壓過程中，施工人員也應(yīng)嚴格按照振動壓路機的使用方式對瀝青路面進行壓實，并通過膠輪壓路機、振動壓路機等不同機械設(shè)備完成對瀝青路面的壓實施工工藝[5]。

6 結(jié)語

在瀝青路面施工中，玄武巖纖維的增加一方面能夠提高瀝青路面的整體性能、提高路面的使用壽命；另一方面也能夠減少路面的維修次數(shù)，是瀝青路面研究的重要方向?；诖耍疚膹男鋷r材料的特點出發(fā)，對玄武巖材料在瀝青路面的應(yīng)用以及玄武巖纖維增加后瀝青路面的各項性能變化進行簡要分析，并從施工工藝的角度，對施工隊伍如何應(yīng)用玄武巖纖維瀝青混合料進行簡要論述。