關(guān)鍵詞: 瀝青路面 環(huán)氧瀝青混合料 玄武巖纖維 路用性能

由于環(huán)氧瀝青混合料的路用性能較普通瀝青混合料更為優(yōu)異，故在高等級(jí)路面建設(shè)工程中得到了廣泛應(yīng)用 [1-3]。因環(huán)氧樹脂的脆性高且柔韌性差，使得環(huán)氧瀝青混合料鋪裝結(jié)構(gòu)的抗裂及抗疲勞性能較差，其在低溫、荷載耦合作用下容易產(chǎn)生開裂病害，給路面的使用性能及壽命造成嚴(yán)重影響 [4-5]。為了改善環(huán)氧瀝青混合料的使用性能，國(guó)內(nèi)道路研究者對(duì)此展開了一些研究，如：郝增恒等 [6] 探討了多種 70# 基質(zhì)瀝青對(duì)環(huán)氧瀝青混合料路用性能的影響，研究結(jié)果表明基質(zhì)瀝青種類對(duì)環(huán)氧瀝青混合料路用性能的影響不大；顧曉燕等 [7] 研究了聚酯纖維摻量對(duì)環(huán)氧瀝青混合料柔、韌性的改性效果，結(jié)果表明 0.3% 的聚酯纖維可大幅提升環(huán)氧瀝青混合料的柔性與韌性；劉攀等 [8] 考察了 5 種不同級(jí)配類型對(duì)環(huán)氧瀝青混合料路用性能的影響，研究結(jié)果表明，級(jí)配類型僅對(duì)其抗滑性能有所影響，而對(duì)其它路用性能影響較??；鐘慶軍等 [9] 研究了石墨烯摻量對(duì)環(huán)氧瀝青及環(huán)氧瀝青混合料性能的影響規(guī)律，結(jié)果表明，0.3% 的石墨烯能夠有效改善環(huán)氧瀝青的拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率，同時(shí)可以顯著提升環(huán)氧瀝青混合料的路用性能?？紤]到玄武巖纖維的比表面積較大，能夠吸附大量的自由瀝青，使得瀝青膠漿的粘性與粗集料的瀝青膜厚度增大，從而增強(qiáng)瀝青混合料的各項(xiàng)路用性能。本文通過將不同摻量的玄武巖纖維摻入三種 AC 級(jí)配環(huán)氧瀝青混合料中進(jìn)行改性，以動(dòng)穩(wěn)定度、zui大彎拉應(yīng)變、浸水殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度比及疲勞壽命次數(shù)為試驗(yàn)指標(biāo)，探討了玄武巖纖維摻量對(duì)不同 AC 級(jí)配環(huán)氧瀝青混合料路用性能的影響規(guī)律，以期為玄武巖纖維改性環(huán)氧瀝青混合料的設(shè)計(jì)及工程應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

試驗(yàn)部分

原材料

環(huán)氧瀝青采用國(guó)產(chǎn)某品牌環(huán)氧樹脂瀝青，其主要技術(shù)指標(biāo)見表 1。粗、細(xì)集料均采用玄武巖，其中細(xì)集料表觀密度為 2.727g?cm-3，棱角性為 20.7s，吸水率為 1.36%，砂當(dāng)量為 78.9%；粗集料吸水率小于 1%，壓碎值為 8.2%，針片狀顆粒含量小于 3%，磨耗值為13.5%。礦粉采用表觀密度為 2.695g?cm-3 的石灰?guī)r礦粉，粒度范圍（<0.075mm）為 78.1%，親水系數(shù)為 0.69，塑性指數(shù)為 2.72%。纖維選用短切玄武巖纖維，其主要技術(shù)性能指標(biāo)見表 2。

試驗(yàn)方案

試驗(yàn)選擇了 AC-10、AC-13、AC-20 三種級(jí)配類型進(jìn)行環(huán)氧瀝青混合料路用性能及耐久性試驗(yàn)研究，所選的 AC 級(jí)配曲線如圖 1 所示。在各級(jí)配環(huán)氧瀝青混合料中分別摻入 0%、2%、4%、6%、8% 的短切玄武巖纖維，采用高溫車轍試驗(yàn)、低溫三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)、浸水馬歇爾試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)環(huán)氧瀝青混合料的路用性能，采用四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)評(píng)價(jià)環(huán)氧瀝青混合料的抗疲勞耐久性，相關(guān)試驗(yàn)方案見表 3。

結(jié)果與討論

高溫穩(wěn)定性

玄武巖纖維對(duì)不同級(jí)配環(huán)氧瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響規(guī)律如圖 2 所示。

根據(jù)圖 2 可知，玄武巖纖維改性環(huán)氧瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均遠(yuǎn)高于《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E20-2011）的zui低要求；在相同玄武巖纖維摻量條件下，環(huán)氧瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度隨著 AC 級(jí)配公稱zui大粒徑的增大逐漸增大。隨著玄武巖纖維摻量的增加，環(huán)氧瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度呈先增后減變化，在玄武巖纖維摻量為 0~6% 范圍內(nèi)，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度隨之逐漸增大，而在纖維摻量為 6%~8% 范圍內(nèi)，動(dòng)穩(wěn)定度則隨之逐漸減小。摻入玄武巖纖維可以顯著提高環(huán)氧瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，原因是玄武巖纖維有增韌、加筋的作用，其在混合料內(nèi)部形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠有效抑制高溫荷載作用下集料間的滑移能力，從而改善環(huán)氧瀝青混合料的高溫抗車轍變形能力。

低溫抗裂性

玄武巖纖維對(duì)不同級(jí)配環(huán)氧瀝青混合料低溫抗裂性的影響規(guī)律如圖 3 所示。

由圖 3 可以看出，不同玄武巖纖維改性環(huán)氧瀝青混合料的zui大彎拉應(yīng)變均遠(yuǎn)高于 JTG E20-2011 規(guī)范的zui低要求；在相同玄武巖纖維摻量條件下，瀝青混合料的zui大彎拉應(yīng)變隨著 AC 級(jí)配公稱zui大粒徑的增大逐漸減小。隨著玄武巖纖維摻量的增加，AC-10、AC-13、AC-20 級(jí)配環(huán)氧瀝青混合料的zui大彎拉應(yīng)變同樣都呈先增后減變化，在玄武巖纖維摻量為 6% 時(shí)，zui大彎拉應(yīng)變都達(dá)到峰值，且較未摻纖維混合料分別增大了 62.2%、66.4%、58.5%，說明摻入玄武巖纖維能夠有效改善環(huán)氧瀝青混合料的低溫抗裂性，原因是玄武巖纖維均勻加筋于混合料中形成三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了應(yīng)力的分散與傳遞，因此在一定程度上能夠阻止裂縫的產(chǎn)生或發(fā)展，從而增強(qiáng)環(huán)氧瀝青混合料的低溫抗開裂能力。

水穩(wěn)定性

玄武巖纖維對(duì)不同級(jí)配環(huán)氧瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響規(guī)律如圖 4 所示。

由圖 4 可知，不同玄武巖纖維改性環(huán)氧瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度比均高于 JTG E20-2011 規(guī)范zui低標(biāo)準(zhǔn)；在相同玄武巖纖維摻量條件下，瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度比均隨著 AC級(jí)配公稱zui大粒徑的增大逐漸減小。隨著玄武巖纖維摻量的增加，AC-10、AC-13、AC-20 級(jí)配環(huán)氧瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度比均呈逐漸減小變化，在玄武巖纖維摻量為 8% 時(shí)，三種級(jí)配的浸水殘留穩(wěn)定度分別為 91.6%、91.3%、90.6%，較未摻瀝青混合料分別減小 2.6%、1.7%、1.3%；三種級(jí)配的凍融劈裂強(qiáng)度比分別為 87.0%、85.7%、85.2%，較未摻混合料分別減小 2.9%、2.5%、2.1%。環(huán)氧瀝青混合料的抗水損害性能較優(yōu)，在摻入玄武巖纖維后抗水損害能力雖有所降低，但其水穩(wěn)定性仍滿足規(guī)范使用要求。

抗疲勞性

玄武巖纖維對(duì)不同級(jí)配環(huán)氧瀝青混合料抗疲勞性的影響規(guī)律如圖 5 所示。

從圖 5 可以看出，各玄武巖纖維改性環(huán)氧瀝青混合料的疲勞壽命次數(shù)均遠(yuǎn)高于 JTG E20-2011 規(guī)范zui低標(biāo)準(zhǔn)；在相同玄武巖纖維摻量條件下，瀝青混合料的疲勞壽命次數(shù)隨著 AC 級(jí)配公稱zui大粒徑的增大逐漸減小。隨著玄武巖纖維摻量的增加，環(huán)氧瀝青混合料的疲勞壽命次數(shù)呈先增后減變化，在未摻玄武巖纖維時(shí)，AC-10、AC-13、AC-20 級(jí)配的疲勞壽命次數(shù)分別為 119 萬次、108 萬次、103 萬次，而在玄武巖纖維摻量為 6% 時(shí)，三種級(jí)配的疲勞壽命次數(shù)分別為 223 萬次、208 萬次、168萬次，分別增大了 87.5%、92.6%、63.1%，表明了摻入玄武巖纖維能夠顯著提高環(huán)氧瀝青混合料的抗疲勞性，原因是玄武巖纖維具有良好的加筋、增韌及阻裂作用，能夠促進(jìn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力更好地分散與傳遞，從而有利于抗疲勞破壞能力的提高。?

結(jié)論

（1）在相同玄武巖纖維摻量條件下，環(huán)氧瀝青混合料除動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)外的其它各路用性能指標(biāo)均隨著 AC級(jí)配公稱zui大粒徑的增大逐漸減小；通過增大級(jí)配公稱zui大粒徑可以改善環(huán)氧瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，但不利于其低溫抗裂性、水穩(wěn)定性及抗疲勞性，故建議選擇公稱zui大粒徑較小的級(jí)配。

（2）環(huán)氧瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度、zui大彎拉應(yīng)變及疲勞壽命次數(shù)均隨著玄武巖纖維摻量的增加呈先增大后減小變化；摻入玄武巖纖維能夠有效改善環(huán)氧瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性及抗疲勞性。

（3）隨著玄武巖纖維摻量的增加，環(huán)氧瀝青混合料的浸水殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂強(qiáng)度比逐漸減?。粨饺胄鋷r纖維雖對(duì)環(huán)氧瀝青混合料的抗水損害能力有所影響，但仍滿足規(guī)范使用要求。

（4）通過從各項(xiàng)路用性能綜合考慮，推jian玄武巖纖維摻量為 6%，有利于提升環(huán)氧瀝青混合料的使用性能及壽命。

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設(shè)備名稱：獨(dú)立式氣動(dòng)伺服四點(diǎn)彎曲小梁試驗(yàn)系統(tǒng) 4PB

型? ? ? ?號(hào)：B210 KIT

制? 造? 商：意大利Matest-澳大利亞Pavetest

棱柱體小梁四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)是 2011 年交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程瀝青及瀝青混合料規(guī)程》增加的評(píng)價(jià)瀝青混合料疲勞性能和測(cè)量勁度模量的非常重要的試驗(yàn)方法。該方法可以在DTS多功能動(dòng)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)中進(jìn)行，也可以使用單獨(dú)式系統(tǒng)，搭配溫控環(huán)境箱進(jìn)行試驗(yàn)。尤其對(duì)于試驗(yàn)任務(wù)量比較大的單位，因?yàn)槠谠囼?yàn)可能持續(xù)的時(shí)間比較長(zhǎng)，幾小時(shí)到幾天、甚至幾周。 所以配備一套單獨(dú)式的瀝青混合料疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)是非常有必要的。

意大利matest-澳大利亞Pavetest氣動(dòng)伺服四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī) (4PB) 是采用數(shù)字控制高性能伺服閥，提供高達(dá)60Hz的準(zhǔn)確加載波形的氣動(dòng)伺服試驗(yàn)儀。四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)可加載半正弦波和正弦波，受控應(yīng)變或受控正弦應(yīng)力控制模式，測(cè)試多種尺寸瀝青混合料小梁的彎曲勁度/模量。

產(chǎn)品特點(diǎn)

1.試樣通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠牢固夾緊，可始終維持預(yù)定的夾緊力，并保證測(cè)試過程中試樣在產(chǎn)生屈服變形時(shí)仍能被持續(xù)夾緊，夾緊力可通過調(diào)節(jié)電機(jī)電流控制

2.兩個(gè)夾緊開關(guān)在儀器前方，用于試樣梁的左右兩側(cè)和中間側(cè)夾緊點(diǎn)的夾緊和放松。四個(gè)試樣夾緊框可實(shí)現(xiàn)所有加載點(diǎn)和反力點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)和橫向移動(dòng)

3.頂部夾緊塊的標(biāo)志線，可幫助操作者在夾緊前橫向?qū)χ性嚇恿?/p>

4.氣動(dòng)伺服系統(tǒng)使用底部氣動(dòng)加載作動(dòng)器，配備高性能氣動(dòng)伺服閥，PID 閉環(huán)控制，運(yùn)行中的自適應(yīng)控制，可始終維 持測(cè)試所需的應(yīng)力/應(yīng)變

5.薄型高性能不銹鋼圓形荷載傳感器，用于實(shí)時(shí)測(cè)量和控制荷載。主軸位移傳感器可實(shí)現(xiàn)中間加載框架的準(zhǔn)確定位

6.試樣表面位移傳感器(On-specimen LVDT)可按設(shè)定進(jìn)行控制并測(cè)量試樣梁有效范圍內(nèi)的整體彎曲變形（而不是懸浮式的測(cè)量部分變形的方法），符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求

7.基于 Windows 的 TestLab 軟件提供的用戶界面，簡(jiǎn)單、效率高并符合有關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

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