關鍵詞:玄武巖纖維 | 高溫性能 | 瀝青混合料
瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)組成特性決定了此類瀝青混合料的高溫抗變形能力及抵抗溫度應力的能力較強,同時具有優(yōu)良的抗滑和降噪效果,因此在越來越多的使用在瀝青鋪面的上面層。然而,傳統(tǒng)使用的木質(zhì)素纖維在生產(chǎn)過程中將要消耗大量的木材且與瀝青只發(fā)生簡單的吸附作用,對瀝青混合料的性能改善有限。而短切玄武巖纖維其生產(chǎn)過程中不消耗木材,短切玄武巖纖維具有優(yōu)良的力學性能,且由于短切玄武巖纖維微觀表面形貌復雜及其具有獨特的礦物成分,因此其與瀝青的交互作用更為強烈,將其作用瀝青混合料纖維改性劑成為當前提高瀝青路面高溫抗變形性能的研究熱點之一。
本文通過車轍試驗、單軸貫入試驗、動態(tài)模量試驗聚焦在短切玄武巖纖維對SMA瀝青混合料抵抗高溫變形能力的影響研究,以期為進一步明確短切玄武巖纖維對瀝青混合料性能影響機制,并為切玄武巖纖維應用提供一定的指導作用。
試驗材料與試驗方法
瀝青
SBS改性瀝青用于本文研究過程中,其主要路用性能參數(shù)如表1所示。

集料
篩分試驗在本文用于分析各集料的基本性能,按照規(guī)范要求進行了試驗損傷,測試了所用集料與填料,得到試驗結(jié)果匯總至表2。


纖維
本文所選用的短切玄武巖纖維及木質(zhì)素纖維的基本性能匯總至表5。綜上可見,本文所用材料滿足使用要求。
SMA-13瀝青混合料設計
為了使本文的研究成果更具代表性和廣泛適用性,本研究所用SMA-13短切玄武巖纖維瀝青混合料和木質(zhì)素纖維瀝青混合料的級配采用《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》(JTGF40-2004)推薦的級配范圍中值。依據(jù)規(guī)范所要求的試驗方法及步驟,確定兩種瀝青混合料的zui佳瀝青用量為5.8%。



試驗方法
動穩(wěn)定度試驗、單軸貫入試驗及動態(tài)模量三種試驗方法[4-10]用于本文研究。按照規(guī)范要求的測試步驟,采用前述的三種方法系統(tǒng)地研究分析并評價了短切玄武巖纖維對SMA-13瀝青混合料高溫性能的影響。試驗依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTGE20-2011)開展。

試驗結(jié)果與分析
動穩(wěn)定度試驗結(jié)果與分析
分析上圖可以發(fā)現(xiàn),在0.7MPa和0.8MPa條件下,木質(zhì)素纖維瀝青混合料和短切玄武巖纖維瀝青混合料的動穩(wěn)定都滿足規(guī)范大于2800次/mm的要求。此外,分析上圖還可以發(fā)現(xiàn)隨著應力水平的增加,兩種瀝青混合料的動穩(wěn)定度都有顯著下降,下降幅度均為23%左右,這說明過大的荷載將會加劇路面車轍病害的出現(xiàn)。
進一步仔細分析上圖還可以發(fā)現(xiàn),在0.7MPa和0.8MPa荷載作用水平下,短切玄武巖纖維瀝青混合料的抗高溫變形能力明顯均優(yōu)于木質(zhì)素纖維瀝青混合料,兩種情況下其高溫抗變形能力均提高17%左右。
分析原因認為,由于短切玄武巖纖維其獨特的礦物特性使得其與瀝青的交互作用更強進而提升其抗變形能力。

單軸貫入試驗結(jié)果與分析
單軸貫入情況如下所示。分析單軸貫入試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),相比于木質(zhì)素纖維瀝青混合料,短切玄武巖纖維改性瀝青混合料的單軸貫入強度和單軸貫入模量分別提高24%、37%;單軸貫入zui大深度降低15%。分析原因認為,玄武巖纖維有較好的機械強度且與瀝青的交互作用更為強烈,因此玄武巖纖維在瀝青混合料內(nèi)部所形成的三維網(wǎng)絡強度更高,能更好的抵抗貫入破壞,表現(xiàn)出較低的貫入深度、更高的貫入強度和貫入模量。這說在外部荷載作用下,瀝青混合料的礦料較難發(fā)生移動,從而具有良好的高溫抗變形能力。
動態(tài)模量試驗結(jié)果與分析
對所制備的瀝青混合料進行了動態(tài)模量實驗,并分析了不同條件下的測試結(jié)果,具體測試工況如下表所示。

分別以20℃和35℃溫度條件下,不同加載頻率所測得的動態(tài)模量進行代表性分析。結(jié)果如下圖所示。

分析上圖可以發(fā)現(xiàn),在上述兩個溫度條件下,玄武巖纖維瀝青混合料和木質(zhì)素纖維瀝青混合料的動態(tài)模量都隨著加載頻率的降低,或是測試溫度的升高有所降低,且玄武巖纖維瀝青混合料的動態(tài)模量更高。
為了廣域范圍范圍內(nèi)分析兩種瀝青混合料的動態(tài)模量特性,基于時溫等效原理,獲兩種材料在20℃條件下的動態(tài)模量主曲線。
可以發(fā)現(xiàn),兩種材料的模量都著加載頻率的增加而增大。從上圖還可以發(fā)現(xiàn),當加載頻度低于1Hz時,玄武巖纖維瀝青混合料的動態(tài)模量明顯高于木質(zhì)素纖維瀝青混合料。

結(jié)論
基于以上試驗結(jié)果,可以得出以下結(jié)論:
(1)由于玄武巖纖維具有良了的表面浸潤特性,可以與瀝青材料發(fā)生更好的交互作用,因而對瀝青混合料的高溫抗變形能力提升更為顯著。
(2)本文所用兩種瀝青混合料的動穩(wěn)定都滿足規(guī)范要求,但玄武巖纖維瀝青混合料的抗車轍能力均優(yōu)于木質(zhì)素纖維瀝青混合料。
(3)由于短切玄武巖纖維的組成、力學及形貌具有獨特的優(yōu)勢,因此貫入試驗中表現(xiàn)出更好的抗高溫性能。
(4)綜合動穩(wěn)定度試驗、貫入試驗和動態(tài)模量試驗可知,本文所用的兩種混合料中,短切玄武巖纖維瀝青混合料有更好的抵抗高溫變形的能力。
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全文完 發(fā)布于《道路工程》2020年第9期
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