收稿日期：2024-04-02

基金項(xiàng)目：玄武巖纖維瀝青混凝土路面成套技術(shù)在高速公路工程中的應(yīng)用（2021T7）；玄武巖纖維及制品在公路工程中的應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究（2021J5）。

作者簡介：王海洋（1987—），男，本科，工程師，研究方向：道路橋梁試驗(yàn)檢測(cè)。

通信作者：邵景干（1970—），男，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向：新材料應(yīng)用技術(shù)。

摘 要：【目的】為改善排水瀝青混合料的路用性能，選用SBS、橡膠粉及玄武巖纖維穩(wěn)定劑對(duì)其進(jìn)行復(fù)合改性?！痉椒ā拷Y(jié)合前期研究成果，在SBS及橡膠粉改性劑摻量分別為5%、10%，玄武巖纖維摻量為0.4%的基礎(chǔ)上開展PA-13瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)；在不同橡膠粉摻量下對(duì)PA-13排水瀝青混合料開展高溫抗車轍、抗水損害及抗剝落等路用性能研究?！窘Y(jié)果】從高溫性能及經(jīng)濟(jì)性考慮，橡膠粉的合理摻量為12%；從水穩(wěn)定性能角度考慮，橡膠粉摻量為10%；從抗剝落能力及經(jīng)濟(jì)性考慮，橡膠粉的合理摻量為10%。【結(jié)論】SBS、橡膠粉及玄武巖纖維的摻入能夠改善排水瀝青混合料的路用性能。

關(guān)鍵詞：改性劑；玄武巖纖維；礦料級(jí)配；瀝青混合料；路用性能

中圖分類號(hào)：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2024）17-0065-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.17.014

Research on the Performance of Composite Modified Basalt

Fiber PA-13 Drainage Asphalt Mixture

WANG Haiyang1，2 WANG Jingbo1，2 SHAO Jinggan1，2 SHAO Xudong1，2 LI Wenkai1，2

（1.Henan Jiaoyuan Engineering Technology Group Co.， Ltd.， Zhengzhou 450046， China; 2.R & D Center of Green High Performance Material Application Technology Transportation Industry， Zhengzhou 450046， China）

Abstract： [Purposes] To improve the road performance of drainage asphalt mixture， SBS， rubber powder， and basalt fiber stabilizer were selected for composite modification. [Methods] Based on the previous research results of the research group， the mix design of PA-13 asphalt mixture was carried out on the basis of SBS and rubber powder modifiers with a dosage of 5% and 10%， respectively， and basalt fiber with a dosage of 0.4%; a study was conducted on the road performance of PA-13 drainage asphalt mixture under different rubber powder dosages， including high temperature resistance to rutting， water damage， and peeling. [Findings] From the perspective of high temperature performance and economy， the reasonable dosage of rubber powder is 12%; from the perspective of water stability performance， the rubber powder content is 10%; from the perspectives of anti peeling ability and economy， the reasonable dosage of rubber powder is 10%. [Conclusions] The addition of SBS， rubber powder， and basalt fibers can improve the road performance of drainage asphalt mixtures.

Keywords： modifier; basalt fiber; mineral aggregate grading; asphalt mixture; road performance

0 引言

近年來，隨著氣候的變化，極端惡劣天氣逐年增多，尤其夏季連續(xù)強(qiáng)降雨天氣會(huì)給城市排水系統(tǒng)帶來巨大壓力，路面積水無法排出路表，不僅會(huì)造成行車安全問題，也會(huì)對(duì)人們的人身安全造成威脅。排水瀝青路面作為“海綿城市”理念的重要組成部分，能夠?qū)⒙访娣e水快速排出路表，同時(shí)具有降噪功能。但《排水瀝青路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3350-03—2020）中規(guī)定排水瀝青路面設(shè)計(jì)空隙率多為18%～25%，結(jié)構(gòu)層內(nèi)部孔隙較大且多呈現(xiàn)相互貫通狀態(tài)，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層整體穩(wěn)定性較差，應(yīng)對(duì)常規(guī)道路石油瀝青進(jìn)行復(fù)合改性來增強(qiáng)瀝青與礦料之間的黏結(jié)能力，從而提高排水瀝青路面的承載能力，改善排水瀝青路面的高低溫、抗水損害及抗剝落等路用性能。本研究選用SBS、橡膠粉及玄武巖纖維穩(wěn)定劑對(duì)昆侖及京博兩種品牌瀝青的PA-13排水瀝青混合料進(jìn)行復(fù)合改性，并對(duì)混合料開展相關(guān)性能試驗(yàn)，為復(fù)合改性排水瀝青路面的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 原材料及配合比設(shè)計(jì)

1.1 原材料

1.1.1 道路石油瀝青。排水瀝青路面設(shè)計(jì)空隙率一般為18%～25%，礦料之間的孔隙較大且相互貫通，為保證排水瀝青路面有足夠的承載能力及礦料之間的黏結(jié)能力，瀝青種類的選擇至關(guān)重要。本研究分別選用昆侖及京博兩種品牌的70#A級(jí)道路石油瀝青進(jìn)行排水瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)，兩種瀝青主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見表1。

1.1.2 改性劑。參照《排水瀝青路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3350-03—2020）的規(guī)定，排水瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)應(yīng)選用高黏改性瀝青，故本研究選用SBS及橡膠粉（CRM）兩種改性劑對(duì)昆侖及京博兩種品牌的瀝青開展復(fù)合改性，兩種改性劑主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果分別見表2、表3。

1.1.3 纖維穩(wěn)定劑。參照《排水瀝青路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T 3350-03—2020）的規(guī)定，為增強(qiáng)排水瀝青混合料礦料之間的黏結(jié)能力，提高排水瀝青路面的整體承載力，可選用纖維穩(wěn)定劑對(duì)混合料進(jìn)行改性。玄武巖纖維屬于礦物纖維，具有良好的物理、力學(xué)性能，且其本質(zhì)是玄武巖物理狀態(tài)的另外一種存在形式，已被廣泛應(yīng)用到瀝青混合料當(dāng)中。本研究選用的玄武巖纖維型號(hào)為9 mm-17 με，主要技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果見表4。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

本研究選用礦料級(jí)配為PA-13的排水瀝青混合料展開研究，為增強(qiáng)礦料與瀝青之間的黏結(jié)能力，選用偏弱堿性粒徑為10～15 mm、5～10 mm的石灰?guī)r碎石為粗骨料，機(jī)制砂粒徑為0～5 mm，填料為礦粉，PA-13礦料級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果見表5。結(jié)合前期研究成果，SBS及橡膠粉改性劑摻量分別為5%、10%（占瀝青質(zhì)量），纖維摻量為0.4%（占瀝青混合料質(zhì)量），馬歇爾配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果見表6。

2 路用性能

結(jié)合前期研究成果，在SBS摻量為5%（占瀝青質(zhì)量），玄武巖纖維摻量為0.4%（占瀝青混合料質(zhì)量）的基礎(chǔ)上，對(duì)橡膠粉摻量分別為0%、6%、8%、10%、12%、14%的昆侖及京博兩種品牌的PA-13排水瀝青混合料進(jìn)行高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性及飛散性能試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)橡膠粉摻量對(duì)瀝青混合料性能的影響。

2.1 高溫穩(wěn)定性

瀝青路面的高溫性能受溫度、交通量及車輛軸載的影響較大，高溫、大交通量及重軸載作用下瀝青路面易出現(xiàn)車轍病害［1-2］。PA-13排水瀝青混合料屬于間斷級(jí)配，設(shè)計(jì)空隙率一般為18%～25%，礦料之間較大的孔隙會(huì)嚴(yán)重影響排水瀝青路面的高溫承載能力，本研究選用車轍試驗(yàn)來評(píng)價(jià)PA-13排水復(fù)合改性瀝青混合料的高溫性能，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，昆侖及京博兩種品牌瀝青混合料中僅摻入5%SBS時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果分別為874次/mm、1 023次/mm，均小于JTG/T 3350-03—2020中不小于5 000次/mm的技術(shù)要求；橡膠粉摻量相同時(shí)，京博牌瀝青混合料高溫性能優(yōu)于昆山牌；隨著橡膠粉摻量的增大，兩種品牌混合料的高溫性能均逐漸增強(qiáng)，但增加幅度卻逐漸變小，從高溫性能及經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，推薦橡膠粉的摻量為12%。

2.2 水穩(wěn)定性

快速將路面積水排出路表是排水瀝青路面最為重要的功能。排水瀝青路面設(shè)計(jì)空隙率多為18%～25%，且內(nèi)部孔隙多為貫通，部分瀝青膠漿裸露在外面。瀝青長期受到外界綜合因素的作用逐漸老化，導(dǎo)致瀝青與礦料的黏附能力衰退，瀝青路面水穩(wěn)定性能降低［3-5］。本研究選用浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗(yàn)來評(píng)價(jià)PA-13排水復(fù)合改性瀝青混合料的水穩(wěn)定性能，試驗(yàn)結(jié)果分別如圖2、圖3所示。

由圖2、圖3可知，隨著橡膠粉摻量的增大，兩種品牌瀝青混合料的水穩(wěn)定性能均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，橡膠粉摻量為10%時(shí)，水穩(wěn)定性能最優(yōu)；橡膠粉摻量小于8%時(shí)，兩種品牌瀝青混合料的浸水馬歇爾及凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果不滿足JTG/T 3350-03-2020中不小于85%、80%的技術(shù)要求。從水穩(wěn)定性能角度考慮，選取橡膠粉摻量為10%。

2.3 飛散性能

排水瀝青路面因其具有較大的空隙率，導(dǎo)致礦料之間的黏結(jié)能力不足，骨料容易從結(jié)構(gòu)層內(nèi)部剝落而出現(xiàn)路面病害。本研究選用標(biāo)準(zhǔn)飛散及浸水飛散試驗(yàn)來評(píng)價(jià)PA-13排水復(fù)合改性瀝青混合料的抗飛散性能，試驗(yàn)結(jié)果分別如圖4、圖5所示。

由圖4、圖5可知，隨著橡膠粉摻量的增大，兩種品牌瀝青混合料的抗飛散性能試驗(yàn)結(jié)果均逐漸減小，摻量超過10%時(shí)，減小幅度均變緩；當(dāng)橡膠粉摻量小于6%時(shí)，昆侖及京博兩種品牌瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)飛散損失及浸水飛散損失試驗(yàn)結(jié)果分別不滿足JTG/T 3350-03—2020中不小于20%、15%的技術(shù)要求。從抗剝落能力及經(jīng)濟(jì)性考慮，橡膠粉的合理摻量為10%。

3 結(jié)論

本研究選用SBS、橡膠粉及玄武巖纖維對(duì)昆侖及京博兩種品牌瀝青的PA-13排水瀝青混合料進(jìn)行復(fù)合改性，并開展配合比設(shè)計(jì)及路用性能研究，得出以下結(jié)論。

①隨著橡膠粉摻量的增加，昆侖及京博兩種品牌瀝青混合料的高溫抗車轍能力均逐漸增強(qiáng)，從高溫性能及經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，推薦橡膠粉的摻量為12%。

②隨著橡膠粉摻量的增大，昆侖及京博兩種品牌瀝青混合料的抗水損害能力均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，從水穩(wěn)定性能角度考慮，選取橡膠粉摻量為10%。

③隨著橡膠粉摻量的增加，昆侖及京博兩種品牌瀝青混合料的抗剝落能力均逐漸降低，從抗剝落能力及經(jīng)濟(jì)性考慮，橡膠粉的合理摻量為10%。

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