来源： 市政技术、沥青路面 荐读：微土木人，欢迎投稿！ 【摘要】 采用普通沥青、玄武岩纤维沥青、聚丙烯纤维沥青和复掺纤维沥青等4种混合料进行耐久性试验分析，主要考察了材料多重老化高温性能、多重浸水稳定性能和多重冻融劈裂性能。研究结果显示：普通沥青混合料受高温老化影响最大，掺加玄武岩纤维可缓解材料老化过程；复掺纤维可以促进沥青混合料内部结构的稳定，受水损伤和冻融损伤的影响较低，可提升沥青混合料的耐久性。
来源： 市政技术、沥青路面
荐读：微土木人，欢迎投稿！
【摘要】 采用普通沥青、玄武岩纤维沥青、聚丙烯纤维沥青和复掺纤维沥青等4种混合料进行耐久性试验分析，主要考察了材料多重老化高温性能、多重浸水稳定性能和多重冻融劈裂性能。研究结果显示：普通沥青混合料受高温老化影响最大，掺加玄武岩纤维可缓解材料老化过程；复掺纤维可以促进沥青混合料内部结构的稳定，受水损伤和冻融损伤的影响较低，可提升沥青混合料的耐久性。
【关键词】 沥青混合料 | 耐久性 | 混掺 | 路用性能
随着沥青路面技术的不断革新和推广，各类新型路面材料得到应用。纤维类路用产品，例如聚丙烯纤维、玄武岩纤维等，被认为可以三维空间网络结构形式分布在沥青混合料中，有助于促进其内部结构的稳定，提升路用性能。但在实际应用中，其耐久性还有待于进一步研究和考察[1-3]。
关于沥青混合料的耐久性研究，技术人员通常考虑的是路面在长期服役下内部材料的老化影响，认为沥青材料老化易造成路面的开裂、塌陷。沥青路面材料的老化是复杂环境下材料的劣化过程表现，因此需要考虑风吹日晒、雨雪冲刷、交通荷载等综合影响[4-5]。顾万等[6]将不同类型的纤维材料混掺到水泥混凝土中，认为可以弥补单一材料的缺陷，促进材料综合性能的提升，而沥青混合料同样可借鉴该理念进行尝试性研究，以探究混掺纤维的沥青混合料的耐久性规律。张铁志等[7]将玄武岩纤维(BF)和聚丙烯腈纤维(PF)进行复掺制备沥青混合料，通过路用性能测试，推荐的适宜掺量比例为2∶3。孙晓[8]用硅藻土/玄武岩纤维制备沥青混合料，通过路用性能测试表明，复掺可在一定程度上提升材料的耐久性。郭扬[9]采用聚酯纤维和木质素纤维制备SMA-13沥青混合料，通过抗疲劳试验研究表明，其抵抗变形及耐久性能力大大提升。笔者分别对普通沥青混合料、玄武岩纤维沥青混合料、聚丙烯纤维混合料和混掺纤维沥青混合料进行了耐久性性能试验，进一步探究了混合料的性能机理，以期促进新材料的应用推广。
1.原材料
1.1 玄武岩纤维
试验选用的玄武岩纤维产于吉林，纤维长9mm，单丝直径12μm，其相关技术指标见表1。
1.2 聚丙烯纤维
试验选用的聚丙烯纤维长12mm，单丝直径7.6μm，
其相关技术指标见表2。
1.3 SBS改性沥青
试验使用普通的SBS改性沥青，其技术指标见表3。
1.4 矿料
试验选用的粗、细集料均为石灰岩，其磨耗值、压碎值符合沥青路面施工技术规范要求。填料采用干净均质的矿粉材料。矿料的技术指标见表4。
2.试验方案
笔者采用4种不同类型的沥青混合料进行耐久性试验，研究重点在于沥青混合料在多重老化条件下的高温稳定性衰变、多重浸水条件下的水稳性能衰变以及多重冻融条件下的劈裂性能衰变。该试验选用的4种沥青混合料类型分别为：普通沥青混合料、单掺0.2%玄武岩纤维、单掺0.2%聚丙烯纤维、混掺0.15%玄武岩纤维＋0.15%聚丙烯纤维，其级配均为AC-13，级配曲线见图1。试验目的是通过综合分析试验结果，确定有利于延缓沥青混合料劣化速率、提升材料耐久性的最佳组合方案。
对4种不同类型的沥青混合料进行配合比设计，并通过马歇尔试验分别确定了最佳油石比，相关检测结果见表5。
3.沥青混合料耐久性试验
3.1多重老化高温性能试验
对沥青混合料车辙试件分别进行0、1、3、7、10d的烘箱老化，并按照JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的相关规定进行车辙试验，以探究沥青混合料的高温性能演变规律。沥青混合料的动稳定度试验结果见图2。
由图2可知，随着老化时间的增加，沥青混合料的动稳定度均有一定增长。对于未老化的沥青混合料而言，单掺玄武岩纤维的动稳定度最大，达到3725.04次/mm，其后依次为混掺纤维、单掺聚丙烯纤维和普通沥青混合料。相较于普通沥青混合料，单掺玄武岩纤维、单掺聚丙烯纤维和混掺纤维沥青混合料的动稳定度分别提升了37.60%、10.96%和28.67%。从老化时间对混合料动稳定度的影响来看，普通沥青混合料随老化时间的增加，动稳定度的增长速率也急剧增长；而掺纤维的混合料老化时间达到3d以上时，动稳定度的增长速率增长较慢。
3.2多重浸水稳定性能试验
多重浸水试验是将标准马歇尔试件进行不同时长(12、24、36、48、60h)的水浴养护，并将不同水浴养护时长下的试件与0.5h水浴养护条件下的试件进行稳定度对比分析，即残留稳定度。稳定度试验参照JTG E40-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的试验方法进行。沥青混合料残留稳定度试验结果见图3。
由图3可知，水浴养护时长对材料的残留稳定度有一定的劣化影响。其中，单掺聚丙烯纤维沥青混合料的残留稳定度最小，且随着水浴养护时长的增加，劣化速率越明显；当水浴养护时长达到60h，单掺聚丙烯纤维的沥青混合料残留稳定度值较普通沥青混合料下降0.82%，而单掺玄武岩纤维和混掺纤维沥青混合料的残留稳定度均较高，与普通沥青混合料相比分别提升了3.99%和4.93%，且残留稳定度劣化速率较慢，说明该种混合料水损伤的耐久性较好。
3.3多重冻融劈裂性能试验
多重冻融劈裂性能是指在对马歇尔试件进行多次冷冻及融化后，观测、记录其劈裂强度，并以冻融劈裂强度比来表征材料的劣化规律。其中，单个冻融循环的流程为标准马歇尔试件在-10℃环境下冷冻24h后，60℃恒温箱水浴解冻30min。试验中对马歇尔试件进行多重冻融，次数分别为1～10次，并对其中1、3、5、7、10次冻融循环后的试件进行劈裂强度比的测定。试验参照JTG E40-2011《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的试验方法进行。沥青混合料冻融劈裂强度比试验结果见图4。
由图4可知，冻融循环会在一定程度上削弱沥青混合料的冻融劈裂强度。在循环初期，冻融试验对沥青混合料的劣化影响较大，但当冻融循环次数达到5次以上时，其劈裂强度比下降速率有所减缓。
第1次冻融循环时，普通沥青、单掺玄武岩纤维、单掺聚丙烯纤维和混掺纤维混合料的冻融劈裂强度比分别为87.6%、88.2%、84.5%和87.4%；当冻融循环次数达到10次时，上述混合料对应的冻融劈裂强度比分别为32.2%、39.5%、34.4%和44.8%，分别下降了55.4%、48.7%、50.1%和42.6%，说明混掺纤维混合料的劈裂强度衰减速率最小，其使用寿命及耐久性最好。
3.4耐久性综合分析
评价沥青混合料的耐久性能应综合考虑多重因素。笔者在研究多重老化高温稳定性能、多重浸水水稳性能、多重冻融劈裂性能衰变的基础上，将初始数据与最终数据进行了综合分析，其分析结果见表6。不同沥青混合料的性能对比见图5。
由图5可知，综合高温性能、水温性能和冻融劈裂性能来看，混掺纤维沥青混合料耐久性最好，在长期的老化、水损和冻融条件下，均具有较好的性能表现，可用于长寿命沥青路面建设，应用前景广阔。
4.结 语
纤维材料具有较好的网络空间分布结构，将其应用于沥青混合料的拌和过程，可在一定程度上提升材料的性能。笔者分别选用单掺玄武岩纤维、单掺聚丙烯纤维和二者混掺纤维制备沥青混合料，并与普通沥青混合料进行老化、水损、冻融条件下的耐久性规律研究，认为与普通沥青混合料相比，混掺纤维沥青混合料的综合性能最优，可大大延长沥青路面的使用寿命，提升道路服役水平。
