濕法制備的玄武巖纖維復(fù)合改性瀝青路用性能研究

張藝凡

（遼寧東林建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，遼寧 撫順 113000）

1 前言

近年來將纖維摻配入瀝青混凝土中作為添加劑和穩(wěn)定劑已經(jīng)有了較多的研究及應(yīng)用，在國內(nèi)外的實踐中，已經(jīng)表明摻入纖維可以有效提高瀝青混凝土路面的使用壽命和使用質(zhì)量，降低養(yǎng)護成本。 而作為綠色環(huán)保型的玄武巖纖維［1］，不像早期石棉纖維那樣對人體及環(huán)境均有危害，而且添加入瀝青混合料中可以起到加筋、 吸附、 增黏等作用［2］，同時提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和低溫開裂性。 國內(nèi)的學(xué)者也逐漸開展了研究，其應(yīng)用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也按計劃在制定中。

2 制備工藝

將玄武巖纖維摻配入瀝青混凝土中主要有兩種方法，一種是 “干法” 一種是 “濕法”［3］。“干法” 工藝是指在礦物集料拌合過程中，將纖維按量摻入拌合料中，在拌合容器中拌和均勻，然后再與瀝青拌合，這種方法由于是在礦物集料拌合過程中加入纖維，此時集料溫度較高，纖維容易結(jié)塊粘結(jié)，瀝青拌合料的均勻性不容易控制，進而影響拌合料的耐久性。 而 “濕法” 工藝是將纖維先與瀝青混合，瀝青經(jīng)過剪切溶脹，與玄武巖纖維混溶形成纖維復(fù)合改性瀝青，其均勻性較 “干法” 工藝有了較大的保障。 本文采用“濕法” 工藝制備復(fù)合改性瀝青。

3 原材料

3.1 玄武巖纖維

選用山東浩森新材料有限公司產(chǎn)優(yōu)質(zhì)玄武巖纖維，基本指標(biāo)見表1 所示。

表1 玄武巖纖維技術(shù)指標(biāo)

3.2 改性劑

本文選用直投式排水路面專用改性劑，一種半透明的淡黃色小顆粒，可以有效提高瀝青的絕對黏度，使得改性瀝青具有高軟化點、 高彈性恢復(fù)、 高黏韌性、 高抗老化等特性。

3.3 基質(zhì)瀝青

本文選用中海油道路石油瀝青90 號A 級，瀝青指標(biāo)見表2 所示。

表2 基質(zhì)瀝青技術(shù)指標(biāo)

4 復(fù)合纖維改性瀝青制備

將烘箱調(diào)節(jié)至140℃達(dá)到預(yù)熱時間后，放入基質(zhì)瀝青，保證恒溫不少于1 小時的充分脫水，待表面無氣泡后，將瀝青置于恒溫加熱臺上，控制加熱臺保持溫度在180℃，達(dá)到溫度后，加入高黏改性劑，開動剪切葉片，先高速剪切20min,然后低速剪切20min，調(diào)節(jié)烘箱至180℃，將經(jīng)過剪切反應(yīng)的改性瀝青置于烘箱中20min，保證改性瀝青充分溶脹，重新置于恒溫加熱臺上，加入玄武巖纖維，纖維要先放置在干燥箱中以60℃干燥4h 以上，防止原材料潮濕影響試驗結(jié)果，保持在180℃繼續(xù)剪切反應(yīng)1h，溫度變化要保持在±5℃內(nèi)，以減少制備溫度對結(jié)果的影響。

5 試驗結(jié)果及分析

5.1 纖維改性瀝青試驗結(jié)果

隨著改性材料摻量的提高，對瀝青中輕質(zhì)組分的吸收會到達(dá)一個最佳效果，超過這個量點后，改性效果將不再明顯，甚至?xí)档透男詾r青的施工性能［4］。 本文改性劑的摻量采用0%、4%、 8%三種，玄武巖纖維的摻量采用：0%、2%、 4%、 6%。 對制備完成后的復(fù)合改性瀝青進行軟化點、 25℃針入度、 135℃黏度、 5℃延度等指標(biāo)試驗。 試驗結(jié)果見表3、 表4、 表5 所示。

表3 0%改性劑摻量復(fù)合改性瀝青性能

表4 4%改性劑摻量復(fù)合改性瀝青性能

表5 8%改性劑摻量復(fù)合改性瀝青性能

5.2 試驗結(jié)果分析

（1） 軟化點

由試驗數(shù)據(jù)和圖1 可以得出，在同等改性劑摻量下，玄武巖纖維的加入可顯著提高改性瀝青的軟化點，且摻量越高改性效果越大，這是因為玄武巖纖維不溶于瀝青，但對瀝青中輕質(zhì)組分具有吸收作用，使得改性瀝青整體硬化，有利于高溫穩(wěn)定性的提高。

圖1 軟化點曲線圖

（2） 針入度

由試驗數(shù)據(jù)和圖2 可以得出，在同等改性劑摻量下，隨著纖維摻量的提高，改性瀝青的針入度逐漸降低，可見玄武巖纖維確實有效提高了改性瀝青的黏性，同時加筋作用也使得改性瀝青增加了韌性。

圖2 針入度曲線圖

（3） 135℃黏度

由試驗數(shù)據(jù)和圖3 可以得出，在同等改性劑摻量下，隨著纖維摻量的提高，改性瀝青逐漸粘稠，且摻量越大提高的幅度越大，纖維的摻量對改性瀝青的黏性影響較大，超過一定摻量的纖維將會影響改性瀝青的施工性能。

圖3 黏度曲線圖

（4） 5℃延度

瀝青材料低溫延度越大，瀝青混合料抗低溫開裂性能越好，由試驗數(shù)據(jù)和圖4 可以得出，在同等改性劑摻量下，玄武巖纖維的摻入，降低了改性瀝青低溫延性，表明纖維的加入吸收了瀝青中的輕質(zhì)組分后，使瀝青表現(xiàn)出脆性，纖維的加入不利于改性瀝青的低溫抗裂性，應(yīng)限制纖維的摻量。

圖4 低溫延度曲線圖

6 結(jié)語

（1） 在同等改性劑摻量下，玄武巖纖維可以有效提高瀝青的黏度和稠度，使瀝青硬化，表現(xiàn)為軟化點的提高，針入度的降低，瀝青黏度的增大，進而可以有效提高改性瀝青的高溫穩(wěn)定性能。

（2） 在同等改性劑摻量下，玄武巖纖維對瀝青中輕質(zhì)組分的吸收，在提高其粘稠度的同時也降低了其低溫韌性，表現(xiàn)為低溫延度的降低，增加了瀝青的低溫脆性，可見玄武巖纖維的摻量不宜過高。

（3） 當(dāng)玄武巖纖維摻量相同時，隨著改性劑摻量的提高，纖維復(fù)合改性瀝青的高溫穩(wěn)定性明顯提高，且低溫抗開裂性能也有所改善，表現(xiàn)為軟化點的提高，針入度的降低，低溫延度的提高。 因此可根據(jù)需要適當(dāng)提高改性劑的摻量來彌補纖維改性瀝青的低溫性能。

（4） 根據(jù) 《透水瀝青路面技術(shù)規(guī)程》（CJJT 190-2012） 中對高黏改性瀝青的要求，其中5℃延度指標(biāo)不宜低于30cm，因此建議玄武巖纖維在改性劑為8%的摻量下不宜高于1%，若要提高纖維摻量，應(yīng)適當(dāng)提高改性劑用量。