王小杰

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030000）

瀝青路面已被廣泛應(yīng)用于各等級(jí)道路路面的鋪裝中，但部分道路等級(jí)高、承載力要求高的路面結(jié)構(gòu)，在使用過程中常在受到頻繁的重載交通荷載后出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫、推移及車轍等病害問題。如何解決上述病害問題，是科研工作者研究的重要方向。

一、引言

我國在20世紀(jì)末期開始研究在瀝青混合料中加入纖維，并把改性技術(shù)應(yīng)用于國內(nèi)典型的高速公路中。通過連續(xù)觀察運(yùn)營期間的高速公路，驗(yàn)證了加入纖維的瀝青路面的路用性能能保持穩(wěn)定。目前，國內(nèi)常用的纖維外加劑主要是聚合物纖維和天然纖維兩大類，根據(jù)混合料的配合比加入相適應(yīng)的纖維能夠有效改善混合料的性能。本文把5種摻量的玄武巖纖維摻入混合料中，并通過相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)確定混合料的級(jí)配取值和最佳瀝青用量，再分別通過室內(nèi)路用性能試驗(yàn)驗(yàn)證不同摻量的玄武巖纖維對(duì)混合料路用性能的改善效果。

二、室內(nèi)試驗(yàn)

（一）試驗(yàn)材料

瀝青：AH-90瀝青；

纖維添加劑：玄武巖纖維，其形狀為短切無堿原絲；

集料：粗、細(xì)集料全部采用花崗巖碎石，礦粉選用磨細(xì)的石灰?guī)r。

（二）配合比設(shè)計(jì)

礦料級(jí)配：結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，該試驗(yàn)選擇AC-13型級(jí)配；

最佳瀝青用量：根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，按合成級(jí)配設(shè)計(jì)配合比。在瀝青混合料中分別加入0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.5%比例的玄武巖纖維，并按照馬歇爾試驗(yàn)確定上述5種纖維摻量的混合料最佳瀝青用量。

結(jié)果顯示，隨著玄武巖纖維用量的增多，混合料的最佳瀝青用量也增多，纖維的摻入能夠與瀝青相結(jié)合，使混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性提高。

（三）試驗(yàn)方案

按各個(gè)摻量的玄武巖纖維的合成級(jí)配和最佳瀝青用量成型馬歇爾試件。根據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程（JTG E20-2011）》，分別對(duì)0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%5種比例纖維摻量下的瀝青混合料實(shí)施車轍試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)、水穩(wěn)定性試驗(yàn)。

三、室內(nèi)試驗(yàn)分析

（一）高溫穩(wěn)定性

按玄武巖纖維摻量為0、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%制備5組瀝青混合料車轍試件，并分別對(duì)5組車轍試件進(jìn)行高溫車轍試驗(yàn)。試驗(yàn)條件設(shè)定為：溫度60℃，輪壓0.7MPa，碾壓速度42次/分鐘，碾壓方式為往返反復(fù)碾壓。試驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)玄武巖纖維用量為0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%時(shí)，纖維瀝青混合料車轍試驗(yàn)的動(dòng)穩(wěn)定度分別為891、1042、1198、1439、1490次·mm-1，均能夠滿足規(guī)范規(guī)定的不小于800次·mm-1的要求。同時(shí)，當(dāng)玄武巖纖維用量從0%增加至0.5%，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度也隨著增大。這是由于在瀝青混合料中加入纖維，能夠與瀝青很好地結(jié)合，從而增加了瀝青的高溫穩(wěn)黏性；同時(shí)，纖維與瀝青形成一個(gè)連接的空間網(wǎng)格，相當(dāng)于對(duì)混合料起到加筋作用，而提高了高溫抗車轍能力。但當(dāng)纖維摻量超過一定量時(shí)，混合料的動(dòng)穩(wěn)定度增大的幅度將會(huì)變得很小。

（二）低溫抗裂性

瀝青混合料的低溫性能一般采用小梁試驗(yàn)測(cè)定，試驗(yàn)儀器選擇MTS機(jī)，溫度設(shè)定為-10℃。低溫試驗(yàn)結(jié)果顯示，纖維摻量為0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%，混合料的小梁破壞應(yīng)變均滿足規(guī)范所規(guī)定的不小于2500με。同時(shí)，增加纖維的摻入量，能夠增加混合料的彎曲強(qiáng)度。在混合料中摻加入纖維能夠增強(qiáng)其彎曲破壞的能力，從而具有更好的低溫性能。這是由于玄武巖纖維在高低溫條件下，同樣具有較好的彎拉強(qiáng)度，其與瀝青混合料形成的空間網(wǎng)格起到的加筋作用能提高混合料的韌性和抗裂性。

（三）水穩(wěn)定性

該試驗(yàn)采用凍融劈裂比作為摻入玄武巖纖維的瀝青混合料的水穩(wěn)定性的評(píng)定指標(biāo)。把制備好的馬歇爾試件分為兩組，一組水浴養(yǎng)生，把試件放入冰箱中，以-18℃的溫度保存16小時(shí)后再以60℃的水溫養(yǎng)護(hù)2小時(shí)；另一組試件室溫養(yǎng)護(hù)。所有試件試驗(yàn)前均應(yīng)以25℃的水溫養(yǎng)護(hù)2小時(shí)后方可試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，纖維摻量為0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.5%時(shí)，混合料的凍融劈裂強(qiáng)度比分別為85.4%、87.6%、89.7%、93.0%、92.3%，均能夠滿足規(guī)范要求。當(dāng)纖維用量為0.3%時(shí)，混合料的動(dòng)容劈裂強(qiáng)度比達(dá)到最大值93.0%，繼續(xù)增加纖維用量達(dá)到0.5%時(shí)，混合料的凍融劈裂比反而下降到92.3%。這是由于當(dāng)纖維用量過多時(shí)，纖維不能在瀝青混合料之間均勻分布，導(dǎo)致有些地方纖維起團(tuán)，未能與瀝青形成整體，從而降低了混合料抵抗受水侵蝕的能力。

四、工程實(shí)例

（一）工程概況

把玄武巖纖維改性瀝青混合料應(yīng)用于某高速公路K134+521～K136+441段，選擇玄武巖短切纖維摻入AC-13改性瀝青混合料中鋪筑試驗(yàn)段。該試驗(yàn)段長度為1.92km，最大縱坡為3%，處于上坡路段，夏季路表溫度可達(dá)70℃以上，交通量大，重載交通多。因此，該試驗(yàn)段長期受到溫度和重交通荷載的作用，此前的路面結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)常發(fā)生車轍、裂紋等病害。該試驗(yàn)段的目的是通過摻入玄武巖纖維增加路面的穩(wěn)定性和使用性，減少出現(xiàn)上述病害問題。

（二）原材料及配合比的設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)路段選用SBS-I瀝青，混合料類型為AC-13，玄武巖纖維用量取0.3%。按照馬歇爾試驗(yàn)設(shè)計(jì)混合料的配合比，級(jí)配取值如圖1所示，瀝青用量取4.8%。

（三）施工要點(diǎn)

在混合料的拌和過程中應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算纖維用量，纖維用量應(yīng)與最佳瀝青用量相符；玄武巖纖維改性瀝青混合料的施工溫度應(yīng)保持在170℃～180℃；玄武巖纖維應(yīng)采用纖維投料機(jī)計(jì)算用量后與熱集料一并放入拌鍋中拌和，其拌和時(shí)間可以延長5s～25s。

（四）路用性能評(píng)價(jià)

選擇試驗(yàn)路段摻加玄武巖纖維的混合料與非試驗(yàn)路段未摻加纖維的路段，并對(duì)比高溫穩(wěn)定性。對(duì)比結(jié)果顯示，對(duì)于試驗(yàn)路段加入0.3%玄武巖纖維的混合料的動(dòng)穩(wěn)定度，要比非試驗(yàn)路段未加入纖維的混合料提高25%左右。纖維的加入對(duì)于混合料改善抗車轍能力，減少車轍等病害的出現(xiàn)起到了重要作用。持續(xù)觀測(cè)試驗(yàn)路段，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)段路面整體性好，路表面無脫落、松散等現(xiàn)象；壓實(shí)度比較高，達(dá)到了98.9%。因其加入纖維增強(qiáng)了路面的整體性和抗車轍能力，在使用過程中初期路面基本未出現(xiàn)車轍病害，并具有良好的耐久性和抗老化性。因此，摻入玄武巖纖維的瀝青混合料能夠增加路面的使用壽命，并保證其使用性能。

五、結(jié)論

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加入玄武巖纖維的瀝青混合料的抗車轍能力、低溫抗裂性及水穩(wěn)定性均要比未加纖維的混合料好。混合料的抗車轍能力隨玄武巖纖維摻量的增加而加大，但0.5%摻量與0.3%摻量的纖維的動(dòng)穩(wěn)定度增加的幅度很小?；旌狭系男×浩茐膽?yīng)變同樣也隨著纖維摻量的增多而變大。對(duì)于混合料的水穩(wěn)定性試驗(yàn)，凍融劈裂比最大值出現(xiàn)在纖維用量為0.3%時(shí)，當(dāng)用量為0.5%時(shí)，其凍融劈裂強(qiáng)度比反而下降。因此，推薦使用玄武巖摻量0.3%。評(píng)價(jià)試驗(yàn)路段與非試驗(yàn)路段的路用性能，發(fā)現(xiàn)摻入玄武巖纖維能夠有效改善路面的使用性能和延長使用壽命。