不同纤维透水沥青混合料的路用性能影响分析_卜春锋.pdf

80卜春锋 不同纤维透水沥青混合料的路用性能影响分析不同纤维透水沥青混合料的路用性能影响分析卜春锋（平顶山市公路交通勘察设计院，河南平顶山 467000）摘要：选择玻璃纤维和玄武岩纤维 2 种不同纤维透水沥青混合料进行室内试验，并对比分析了不同纤维掺量对沥青混合料路用性能的影响规律。结果表明，2 种纤维均可有效增强透水沥青混合料的路用性能，但纤维掺量不宜过大，其中掺入 0.2%玻璃纤维的沥青混合料混合料的高温性能、水稳定性能及透水性能更好，而掺入 0.3%玄武岩纤维沥青混合料的低温抗裂性能更好，在实际透水沥青混合料制备中应根据施工需求选择纤维种类及合理掺量。关键词：透水沥青混合料；玻璃纤维；玄武岩纤维；路用性能中图分类号：U 414Analysis on the Infl uence of Diff erent Fibers on Road Performance of Permeable Asphalt Mixture BU Chun-feng(Pingdingshan Highway Transportation Survey and Design Institute,Pingdingshan 467000,Henan,China)Abstract:In order to study the infl uence of diff erent fi ber types on the road performance of permeable asphalt mixture,glass fi ber and basalt fi ber asphalt mixture were selected for indoor comparative test,and the variation laws of high-temperature performance,low-temperature crack resistance,water stability and water permeability of mixtures with diff erent fi ber content were compared and analyzed.The results show that the addition of an appropriate amount of glass fi ber and basalt fi ber can eff ectively improve the road performance of permeable asphalt mixture.Among them,glass fi ber has a better eff ect on the high-temperature performance,water stability and water permeability of the mixture,while basalt fi ber has a more signifi cant eff ect on improving the low-temperature crack resistance of the mixture.In practical use,it is suggested that the optimum content of glass fi ber is 0.2%and that of basalt fi ber is 0.3%.Key words:permeable asphalt mixture;glass fi ber;basalt fi ber;road performance作者简介：卜春锋，本科，高级工程师，主要从事道路桥梁及市政道路设计研究方向工作。近年来，透水沥青混合料因具有优良的透水性、降噪性及抗滑性等特点，逐渐在道路铺装工程中得到广泛应用1-2。但随着我国公路建设的高速发展，交通流量越来越大，导致传统透水沥青路面的承载能力逐渐无法满足通行需求3-5。因此，在保证路面透水功能的条件下，如何有效改善透水沥青路面的综合性能已成为当下学者亟需研究的热门课题6-8。如曹佳伟等9选取 6.0mm 和9.0mm 两种不同长度的玄武岩纤维作为增强稳定剂，进行 PAC-13 沥青混合料各项路用性能试验，发现玄武岩纤维在透水沥青混合料中最佳掺入长度为 9.0mm。卢志远10认为透水沥青混合料中掺入 0.4%的木质素纤维，最大弯拉应变和弯曲劲度模量均可达到最优值，还可有效提升透水沥青混合料的高温稳定性能和水稳定性能。万青青等11发现掺入 0.4%的木质素纤维有助于沥青混合料的稳定度及残留稳定度，且改善效果明显，而掺入0.35%玄武岩纤维对于沥青混合料的冻融劈裂强度改善效果很好。王春阳12发现纤维掺量的增加会在一定程度上提升材料的低温抗裂性能，高温性能和水稳性能呈现先上升后下降的趋势，而透水性影响较小，建议采用0.2%0.4%掺量的玻璃纤维。目前，学者关于纤维增强透水沥青混合料的研究大多集中在纤维掺量及参数的比较分析，而关于纤维种类增强效果的对比研究还有待进一步提升。基于此，本文选择了玻璃纤维和玄武岩纤维进行试验分析，研究了不同纤维掺量对透水沥青混合料的路用性能影响规律，并给出了玻璃纤维及玄武岩纤维的较优掺量，以期为透水沥青混合料的制备与设计提供参考。1 原材料（1）沥青：试验沥青采用 AH-70#基质沥青，其主要指标见表 1。表 1 AH-70#基质沥青性能指标Table 1 Performance indexes of AH-70#matrix asphalt项目针入度/0.1mm软化点/延度/cm动力粘度/(Pas)闪点/含蜡量/%针入度指数实测值66471082212781.70.94规范值6080451001802602.2-1.51（2）矿料：粗集料采用粒径分别为 510 mm 和1015 mm 的玄武岩碎石，其性能测定结果见表 2。细集料采用石灰岩机制砂，表观相对密度为 2.7g/cm3，棱角性（流动时间）为 36s，坚固性为 7.6%。矿粉采用石灰岩矿粉，其表观相对密度为 2.87g/cm3。DOI:10.16584/ki.issn1671-5381.2023.01.027合成材料老化与应用2023 年第 52 卷第 1 期81表 2 玄武岩碎石性能指标Table 2 Performance indexes of basalt gravel项目表观相对密度/(gcm-3)针片状颗粒含量/%吸水率/%坚固性/%洛杉矶磨耗损失/%粘附性/级510mm2.935.31.33.19.651015mm2.964.61.24.59.65规范值2.710212205（3）纤维：试验选用玻璃纤维和玄武岩纤维 2 种常见纤维，其性能指标见表 3。表 3 纤维性能指标Table 3 Fiber performance indexes项目密度/(gcm-3)直径/m抗拉强度/MPa玻璃纤维2.53143350玄武岩纤维2.721332002 试验方案及配合比设计2.1 试验方案透水沥青混合料的高温性能通过车辙试验测试动稳定度来评价，低温抗裂性能通过小梁弯曲试验测试破坏应变来评价，水稳定性能通过浸水马歇尔试验测试残留稳定度来评价，透水性能通过透水试验测试透水系数来评价。透水沥青混合料的配合比设计参照 OGFC-13 沥青混合料级配要求，设计空隙率为 20%，矿料合成级配见表 4。表 4 OGFC-13 混合料目标级配Table 4 Target grading of OGFC-13 mixture级配类型通过下列筛孔(mm)质量百分率/%1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075级配上限10010080302218151286级配下限1009050121064232合成级配100966023121086542.2 配合比设计为研究玻璃纤维和玄武岩纤维对透水沥青混合料路用性能的改善效果，分别制备纤维掺量为 0%、0.1%、0.2%、0.3%和 0.4%的五组沥青混合料试件，通过马歇尔试验分别确定不同纤维透水沥青混合料的最佳油石比，试验结果见表 5。表 5 马歇尔试验结果Table 5 Marshall test results纤维类别油石比/%析漏损失/%空隙率/%飞散损失/%稳定度/kN流值/0.1mm未掺纤维5.20.2818.617.212.72.4玻璃纤维4.60.2621.713.817.63.8玄武岩纤维4.80.2420.414.515.23.33 结果与分析3.1 高温性能为研究不同纤维对透水沥青混合料高温性能的影响，针对不同玻璃纤维和玄武岩纤维掺量沥青混合料的动稳定度变化规律进行对比分析，结果如图 1 所示。根据图 1 可知，随着玻璃纤维和玄武岩纤维掺量的增加，透水沥青混合料的动稳定度均呈先增大后减小趋势变化，说明 2 种纤维的掺入均可有效提升沥青混合料的动稳定度。其中玻璃纤维掺量为 0.2%的透水沥青混合料动稳定度达到最大值，为 6782 次/mm，要比未掺纤维混合料的动稳定度增强了 20.6%；而玄武岩纤维掺量为 0.3%的透水沥青混合料的动稳定度达到最大值，为6678 次/mm，比未掺纤维的沥青混合料动稳定度增强了18.5%。综合来看，玻璃纤维和玄武岩纤维的掺入均可有效改善透水沥青混合料的高温性能，但纤维掺量不宜过大，其中玻璃纤维掺量为 0.2%和玄武岩纤维掺量为 0.3%的改善效果最好。00 01 02 03 045600580060006200640066006800动稳定度/次mm-1纤维掺量/%玻璃纤维玄武岩纤维图 1 混合料动稳定度变化曲线Fig.1 Dynamic stability change curves of mixtures3.2 低温抗裂性能通过对不同玻璃纤维和玄武岩纤维掺量沥青混合料进行小梁弯曲试验，得到破坏应变曲线，如图 2 所示。00 01 02 03 04360037003800390040004100420043004400破坏应变/纤维掺量/%玻璃纤维玄武岩纤维图 2 混合料破坏应变变化曲线Fig.2 Failure strain change curves of mixtures根据图 2 可知，随着玻璃纤维和玄武岩纤维掺量的增加，透水沥青混合料的破坏应变均呈先增大后减小趋势变化，说明 2 种纤维的掺入均可有效提升沥青混合料的破坏应变。当玻璃纤维掺量为 0.2%时，透水沥青混合料的破坏应变达到最大值 4231，相对于未掺纤维的透水沥青混合料破坏应变提升了 15.3%。当玄武岩纤维掺量为 0.3%时，透水沥青混合料的破坏应变达到最大值4372，相对于未掺纤维的透水沥青混合料破坏应变提升了 18.7%。综合来看，对于增强玻璃纤维透水沥青混合料的低温性能，最佳掺量为 0.2%；对于增强玄武岩纤维透水沥青混合料的低温性能，最佳掺量为 0.3%。3.3 水稳定性能为研究不同纤维对透水沥青混合料水稳定性能的影响，针对不同玻璃纤维和玄武岩纤维掺量沥青混合料的残留稳定度变化规律进行对比分析，结果如图 3 所示。00 01 02 03 04808284868890残留稳定度/%纤维掺量/%玻璃纤维玄武岩纤维图 3 混合料残留稳定度变化曲线Fig.3 The residue stability change curve of the mixture根据图 3 可知，随着玻璃纤维和玄武岩纤维掺量的增加，透水沥青混合料的残留稳定度均呈先增大后减小82卜春锋 不同纤维透水沥青混合料的路用性能影响分析趋势变化，说明 2 种纤维的掺入均可有效提升沥青混合料的残留稳定度。当玻璃纤维掺量为 0.2%时，透水沥青混合料的残留稳定度达到最大值 89.3%，相对于未掺纤维的透水沥青混合料残留稳定度提升了 5.7%，但纤维掺量超过 0.2%后，混合料的残留稳定度会大幅下降。玄武岩纤维掺量为 0.3%的透水沥青混合料残