玄武岩纤维在高速公路长上坡路段沥青路面中的

1、玄武岩纤维在高速公路长上坡路段沥青路面中的    近几年来，纤维在沥青路面中被广泛应用，其中有聚酯纤维、聚丙烯腈纤维、木质素纤维、玄武岩纤维等。根据调查，山区高速公路长上坡路段沥青路面的车辙已经成为当前营运高速公路沥青路面的一种普遍性病害。为探讨玄武岩纤维在长上坡路段增强沥青混合料路用性能方面的适用性，以黄衢高速公路为依托，结合2010年浙江省交通厅“玄武岩纤维在沥青路面中的应用”课题研究，通过相关的室内试验，研究玄武岩纤维的技术性质、玄武岩纤维增强沥青混合料的机理及其路用性能。一、玄武岩纤维路用性能1、力学性能玄武岩纤维拉伸强度为15002500MPa

2、，其弹性模量8000MPa，远远高于其他纤维。可大幅提高沥青路面的低温抗裂及疲劳耐久性，同时也有效提高沥青混合料高温抗车辙变形能力。2、与沥青亲和力强、吸油效果好玄武岩纤维材质为玄武岩，其表面的碱性特质相当于在沥青中加入了抗剥落剂材料，与沥青的粘附性能好。玄武岩纤维的直径一般为5µm，比表面积大，每克纤维提供的表面积可达数平方米。与沥青充分接触、融合，使沥青呈单分子排布在纤维表面，使得结构沥青量大大提高。3、耐高温性、抗老化能性能好玄武岩纤维是经1500左右高温冶炼而成，沥青混合料拌和过程中的高温作用不会对其产生任何影响。4、防水浸蚀且不吸水木质素纤维本身是吸水的，它吸收的水分可在集

3、料和沥青结合料之间形成水膜，容易造成路面水损害。玄武岩纤维的吸湿率小于0.1，从而有效地避免纤维成为水分进入到沥青与集料界面的微通道。5、再生利用由于有机类纤维的耐高温性能较差及在沥青中的熔解而污染沥青，添加有机类纤维的沥青混合料将无法再生利用;而玄武岩纤维与集料品种一样，能再生使用。二、玄武岩纤维技术标准美国国家沥青技术中心(NCAT)及美国国家公路与运输协会标准(AASHTO)对玄武岩纤维的质量要求规定如表1。表1 玄武岩纤维质量标准            试验（筛分）&

4、#160;       指标                纤维长度        6mm                纤维厚度

5、        0.005mm                球状颗粒含量        通过0.25mm筛        90（±5%）    &#

6、160;           通过0.063mm筛        70（±10%）     中华人民共和国交通运输行业标准公路工程 玄武岩纤维及其制品 第1部分：玄武岩短切纤维(JT/T 776.1-2010)对沥青混凝土用玄武岩短切纤维的质量要求规定如表2。 表2 玄武岩纤维质量标准      &

7、#160;     项 目        防裂抗裂纤维        增韧增强纤维                纤维长度 （mm）      

8、60; 515                密  度 （g/cm3）        2.62.8                断裂强度 （MPa）

9、        1200        1500                弹性模量 （MPa）        7.5×103    &

10、#160;   8.0×103                断裂伸长率 （%）        3.1                吸油率 

11、;（%）        50                耐热性，断裂强度保留率(%)        85              &#

12、160; 可燃性        明火点不燃     三、玄武岩纤维沥青混合料性能研究1、实施方案以黄衢高速公路(浙江段)为依托，采用室内试验、现场施工、路用性能跟踪观测等手段研究玄武岩纤维在沥青混合料中的最佳剂量、玄武岩纤维沥青混合料配合比设计方法和玄武岩纤维沥青混合料施工控制方法三个关键问题。2、矿料级配及沥青用量的确定试验采用的沥青混合料结构类型为 AC-13C，混合料级配组成设计见表3。表3 AC-13C型级配范围    

13、0;        级配        通过下列方孔筛（mm）的质量百分率（%）                16.0        13.2    

14、0;   9.5        4.75        2.36        1.18        0.6        0.3   &

15、#160;    0.15        0.075                合成级配        100        100  

16、      75.3        49.3        35.6        24.7        18.0        13.3

17、        9.6        6.4                规范要求        100        

18、;90    100        68    85        38    68        24    50       

19、 15    38        1028        7    20        5    15        4  

20、60; 8     根据实验方案，分别采用0%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%(此剂量为纤维占纤维沥青混合料的质量百分比)成型试件，按马歇尔方法确定不同纤维用量下的最佳沥青用量和最佳油石比，试验结果见表4。表4 不同纤维掺量下最佳沥青用量和油石比             沥青混合料类型        最佳沥青用量  &#

21、160; （%）        最佳油石比    （%）                AC-13 不掺纤维        4.80       &#

22、160;5.04                AC-13+掺0.2、0.3、0.4和0.5(%)石金玄武岩纤维        4.93、5.00、5.20、5.30        5.19、5.26、5.49、5.60     

23、           AC-13+掺0.2、0.3、0.4和0.5(%)北美孚玄武岩纤维        4.82、4.88、4.91、4.97        5.06、5.13、5.16、5.23           &

24、#160;    AC-13+掺0.2、0.3、0.4和0.5(%)福倍安玄武岩纤维        4.30、4.80、4.67、4.80        5.08、5.04、4.90、5.04     1最佳沥青用量纤维剂量的增加，将引起沥青混合料的最佳沥青用量的增大，但随着纤维剂量的增大，最佳沥青用量的增大速率减缓。2密度相对矿料来讲，纤维的相对密度较小，

25、体积也较为疏松，因此在相同的压实功下，沥青混合料的密度值反而会下降。3稳定度试验结果表明，随着纤维用量的增加，混合料的稳定度有不同程度的增加，但在一定剂量下反而会有所下降。 表5 不同纤维掺量马歇尔指标            沥青混合料类型        毛体积相密度        理论最大相对密度 

26、0;      饱和度%        稳定度    KN                AC-13        2.383    

27、60;   2.492        66.6        21.57                掺0.20.5%石金纤维        2.3782.368

28、60;       2.4872.473        67.369.0        18.1119.84                掺0.20.5%北美孚纤维   

29、0;    2.3842.375        2.4922.488        66.966.2        20.4718.09               &#

30、160;掺0.20.5%福倍安纤维        2.3812.381        2.4912.498        66.865.6        20.3722.36     3、沥青混合料性能检验1沥青混合料高温稳定性从车辙试验结

31、果可以看出，掺加纤维的沥青混合料高温稳定性能均比不掺加纤维的沥青混合料有较大的提高，纤维在沥青混合料中起到“加筋”和“桥接”作用。沥青混合料的动稳定度随纤维剂量的增加而增加，但其增加到一定幅度后有降低的趋势。这是因为当纤维剂量增加到一定程度后，由于纤维用量过大，使得纤维的分散均匀性下降，没分散开的纤维结团成束后，成为混合料的“瑕点”，使较大的矿料颗粒被挤开，从而使动稳定度减小。针对浙江省高温、多雨、交通量大和长上坡路段荷载作用时间长的特点，对长上坡路段沥青混合料的选择和应用时，增加温度为65、荷载条件为0.8MPa的补充验证试验，以保证沥青混合料具有实际意义的抗车辙能力。试验表明掺纤维的沥青混

32、合料其抗车辙能力提高幅度明显，说明纤维对沥青混合料高温性能有很大的改进作用。2 沥青混合料低温性能由试验结果可以看出：最佳油石比下，加入纤维后，沥青混合料的低温抗裂性能都得到了改善;随着纤维剂量的增加，沥青混合料的抗弯拉应变也随之增大;当纤维剂量增加到一定值时，沥青混合料的抗低温性能则随纤维剂量的增加而减小，其表明过量的纤维可能会使沥青混合料的低温抗裂性能降低。 纤维沥青混合料的水稳定性从上述试验结果可以看出：掺入纤维的沥青混合料与不掺纤维的沥青混合料相比，其水稳性均有所提高，但是随着纤维剂量的增加，纤维对沥青混合料的水稳定性改善作用减小。 沥青混合料疲劳性能通过添加不同长度玄武岩纤维沥青混合料疲劳性能试验对比发现，添加纤维可增加沥青混合料的使用寿命，且纤维长度在6mm范围内其效果最好。四、玄武岩纤维施工工艺1、纤维添加方式纤维加入方式可分为人工投入和自动投入两类。人工投入因其劳动强度大，拌和的均匀性稍差，不适合