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≥1500～2500MPa，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） |
指标 |
|
纤维长度 |
≤6mm |
|
纤维厚度 |
＜0.005mm |
|
球状颗粒含量 |
通过0.25mm筛 |
90（±5%） |
|
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
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项 目 |
防裂抗裂纤维 |
增韧增强纤维 |
|
纤维长度 （mm） |
5～15 |
|
密 度 （g/cm3） |
2.6～2.8 |
|
断裂强度 （MPa） |
≥1200 |
≥1500 |
|
弹性模量 （MPa） |
≥7.5×103 |
≥8.0×103 |
|
断裂伸长率 （%） |
≤3.1 |
|
吸油率 （%） |
≥50 |
|
耐热性，断裂强度保留率(%) |
≥85 |
|
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
|
级配 |
通过下列方孔筛（mm）的质量百分率（%） |
|
16.0 |
13.2 |
9.5 |
4.75 |
2.36 |
1.18 |
0.6 |
0.3 |
0.15 |
0.075 |
|
合成级配 |
100 |
100 |
75.3 |
49.3 |
35.6 |
24.7 |
18.0 |
13.3 |
9.6 |
6.4 |
|
规范要求 |
100 |
90～
100 |
68～
85 |
38～
68 |
24～
50 |
15～
38 |
10～28 |
7～
20 |
5～
15 |
4～
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
（%） |
最佳油石比
（%） |
|
AC-13 不掺纤维 |
4.80 |
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 |
|
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 |
|
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，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
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沥青混合料类型 |
毛体积相密度 |
理论最大相对密度 |
饱和度% |
稳定度
KN |
|
AC-13 |
2.383 |
2.492 |
66.6 |
21.57 |
|
掺0.2～0.5%石金纤维 |
2.378～2.368 |
2.487～2.473 |
67.3～69.0 |
18.11～19.84 |
|
掺0.2～0.5%北美孚纤维 |
2.384～2.375 |
2.492～2.488 |
66.9～66.2 |
20.47～18.09 |
|
掺0.2～0.5%福倍安纤维 |
2.381～2.381 |
2.491～2.498 |
66.8～65.6 |
20.37～22.36 |
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。
⑶ 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。
⑶ 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，不适合大规模的生产。宜采用具有自动计量、预打散和风送机构的自动投入式。
2、沥青混合料的拌和
生产玄武岩纤维沥青混凝土推荐用3000型或3000型以上的间隙式沥青拌和机拌和，以保证混合料的产量和摊铺路面的连续性。
集料的烘干温度一般为170~190℃，在正常的拌和工艺下，将一定比例的玄武岩纤维加入到拌和缸内与集料进行干拌，在原干拌时间基础上增加10s(共15s左右)，再加入己加热160~165℃的热改性沥青，进行湿拌，湿拌时间为40s，直到拌和均匀、无花白料为止。出料温度改性沥青165℃~ 180℃，混合料废弃温度195℃。
3、沥青混合料的运输
运料车应大于20吨。在开始时车厢及底板上应涂刷一层油水混合物，使混合料不至于和车厢粘结，运料过程中应采用棉被覆盖以保温。运料车卸料必须倒净，如发现有剩余的残留物，应及时清除。
运料车到达施工现场后，应及时严格的测量混合料温度，不得低于摊铺温度的要求。
4、沥青混合料的摊铺
摊铺前应保证工作面清洁。应将摊铺机熨平板预热到120℃左右，然后将沥青混合料卸到受料斗内摊铺，摊铺速度一般为3～4m/min，当供料不足时容许放到1～2 m/min。应做到“宁可运料车等候摊铺机，不可摊铺机等候运料车”。松铺系数一般为1.15(实际数值应通过试铺确定)，摊铺温度为改性沥青混凝土不低于160℃ ，普通沥青混凝土不低于150℃。
5、沥青混合料的压实
对于骨架密实型沥青混合料，可以采用紧跟摊铺机，采用紧跟慢压工艺压实，在不产生严重推移和裂缝的前提下在尽可能的高温状态下开始碾压。
6、注意事项
1添加玄武岩纤维不影响混合料的配合比设计，在任何掺量下均不改变沥青混合料的级配，仅需根据实际需要对油石比进行微调,其沥青用量比不加纤维时增加约0.2%。
2玄武岩沥青混凝土的施工温度要比普通沥青混凝土的施工温度要高10℃～15℃以上，尤其是同时使用改性沥青时，施工时应特别注意施工温度，否则有可能拌合不均匀。
五、结束语
玄武岩纤维作为一种新型的路用纤维材料，适用于高速公路长上坡、互通枢纽和交通量繁重路段的沥青砼路面上面层，可以有效地提高路面的高温稳定性、抗裂性和耐久性，提高沥青路面的使用寿命，从而可以降低公路的养护成本，体现了良好的经济效益和显著的社会效益，具有较高的推广价值和应用前景。
参考文献
1、公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006).人民交通出版社，2006.
2、公路沥青路面施工技术规范(JTG F40-2004).人民交通出版社，2004.
3、籍建云,许婷婷,顾兴宇, 增强沥青混凝土用短切玄武岩纤维优选试验研究.公路交通科技(应用技术版)，2010 年05期.
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文章名称：
玄武岩纤维在高速公路长上坡路段沥青路面中的
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