1、河南科技Henan Science and Technology交通与土木工程总第806期第12期2023年6月复掺纤维AC-13C沥青混合料性能研究薛冰1，2邵景干1，2李文凯1，2孔凌宇1，2王俊超1，2姬小祥2，3（1.河南交院工程技术集团有限公司，河南郑州450046；2.绿色高性能材料应用技术交通运输行业研发中心，河南郑州450046；3河南交通职业技术学院，河南郑州450046）摘要：【目的目的】为改善沥青路面整体路用性能，选用玄武岩纤维、木质素纤维对AC-13C沥青混合料进行复合改性。【方法方法】根据课题组前期的研究成果，确定纤维总掺量为0.4%，并拟定复掺方案。通过对AC-13
2、C沥青混合料进行配合比设计，确定不同纤维复掺方案下的最佳油石比；通过开展高温抗车辙、低温抗开裂、抗水损害等试验评价复掺纤维AC-13C沥青混合料的路用性能。【结果结果】玄武岩纤维与木质素纤维掺配比例为2 3时，高低温性能最优；掺配比例为3 2时，混合料水稳定性能最优。【结论结论】玄武岩纤维、木质素纤维的掺入能够改善沥青路面的路用性能。关键词：玄武岩纤维；木质素纤维；矿料级配；路用性能中图分类号：U 416.217文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）12-0081-04DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.12.015Study on Perf
3、ormance and Benefit of Fiber AC-13C Asphalt MixtureXUE Bing1,2SHAO Jinggan1,2LI Wenkai1,2KONG Lingyu1,2WANG Junchao1,2JI Xiaoxiang2,3(1.Henan Jiaoyuan Engineering Technology Group Co.,Ltd.,Zhengzhou 450046,China;2.Research andDevelopment Center of Green High Performance Material Application Technolo
4、gy Transportation Industry,Zhengzhou 450046,China;Henan College of Transportation,Zhengzhou 450046,China)Abstract:Purposes To improve the overall road performance of asphalt pavement,basalt fiber and lignin fiber were selected for composite modification of AC-13C asphalt mixture.Methods Based on the
5、research results of the previous research group,the total fiber content was determined to be 0.4%,and acomposite blending plan was proposed.By designing the mix proportion of AC-13C asphalt mixture,theoptimal asphalt aggregate ratio under different fiber blending schemes were determined;by conductin
6、gtests such as high-temperature resistance to rutting,low-temperature resistance to cracking,and waterdamage,the road performance of composite fiber AC-13C asphalt mixture was evaluated.FindingsWhen the ratio of basalt fiber to lignin fiber is 2 3,the high and low temperature performance is optimal,
7、and when the ratio is 3 2,the water stability performance of the mixture is optimal.Conclusions Theaddition of basalt fiber and lignin fiber can improve the road performance of asphalt pavement.Keywords:basalt fiber;lignin fiber;aggregate gradation;road performance收稿日期：2022-11-15基 金 项 目：2021 年 交 通 运
8、 输 部 重 点 科 技 项 目 清 单（2021-TG-001）；河 南 省 科 技 攻 关 计 划（222102320443）；河南高等学校重点科研项目计划（22B58003）。作者简介：薛冰（1990），男，本科，工程师，研究方向：道路桥梁试验检测。通信作者：邵景干（1970），男，硕士，教授级高级工程师，研究方向：道路桥梁试验检测。82第12期0引言随着通车年限的增加及车流量的增大，早期建成并通车的道路由于后期管养不到位，沥青路面逐渐形成不同程度的病害。影响沥青路面使用年限及耐久性的因素很多，主要包括矿料及沥青质量、混合料加工及施工工艺、外加剂的种类及掺量等。纤维作为外加剂，在沥青路面
9、施工过程中被广泛应用。玄武岩纤维属于矿物纤维，是由玄武岩碎石在高温熔融状态下通过一定的工艺拉丝制得。玄武岩纤维是偏碱性材料，与沥青相容性较好，混合料与矿料相互搭接形成三维乱相分布状态，具有吸附、稳定沥青的性能。木质素纤维属于植物纤维范畴，以植物的茎为原材料，通过一定工艺加工制得，具有较强的吸油能力。鉴于不同纤维的不同特性，本研究将玄武岩纤维、木质素纤维按照一定的掺配比例复掺到常见的AC型密级配沥青混合料当中，为复掺纤维工艺在沥青路面中的推广应用提供技术参考。1原材料及配合比设计1.1沥青沥青作为一种胶凝材料，在混合料中发挥着重要作用。沥青品质的好坏是影响沥青路面使用年限的关键因素，因此需要选择
10、高低温性能好、抗长期老化、与其他材料具有较好相容性的沥青作为胶凝材料。本研究选用常用的SBS I-C聚合物改性沥青进行试验，结果见表1。1.2纤维纤维在混合料内部形成三维乱相的状态，具有稳定、吸附胶凝材料的效果，使结构沥青膜厚度增加，增强沥青路面的结构稳定性。本研究选取玄武岩和木质素纤维作为改性剂，主要指标试验结果见表2。1.3矿料矿料作为混合料用量最大的材料，其性能及级配对沥青路面性能起着决定性影响。矿料应坚硬、密实、风化程度低及与沥青具有较好的黏附性。本研究粗集料由粒径分别为 510 mm、1015 mm 的碎石构成，细集料由粒径为05 mm的机制砂、矿粉由石灰岩磨细制得。1.4配合比设计
11、选取AC-13C密级配混合料进行研究，两种纤维的总掺量为0.4%（占沥青混合料质量），配合比设计结果见表3，两种纤维的混掺比例方案见表4，马歇尔试验结果见表5。2路用性能2.1高温稳定性近年来，随着温室效应的作用，气温逐年升高。河南地区夏季会出现极端炎热天气，中午室外温度有时会达到40，沥青路面的颜色多为黑色，具有极强的吸热能力。在这样炎热的天气环境下，沥青路面结构表层温度超过70，而一般改性沥青的软化点为60 左右1-2。因此，极端炎热天气环境下，沥青路面在车辆轴载（尤其重轴载）的作用下极易出现永久性塑性变形。同时沥青路面是一种柔性路面结构，高温环境下韧性降低、塑性增强，更增加了车辙病害出现
12、的风险3。本研究参照 公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011）中车辙试验方法对不同纤表1沥青主要指标试验结果检测项目针入度（25）/0.1 mm延度（5 cm/min，5）/cm软化点/运动黏度（135）/Pas弹性恢复（25）/%溶解度/%针入度指数PI闪点/密度/（g/cm3）RTFOT后残留物质量变化/%针入度比（25）/%残留延度（5）/cm技术要求6080305536599-0.4230实测值1.06020试验结果693458.50.897199.70.142431.033-0.136624表2纤维主要指标试验结果玄武岩纤维检测项目长度/mm直径/m断裂强度/MPa
13、断裂伸长率/%密度（g/cm3）吸油率/%检测结果6172 5932.92.71986.5木质素纤维检测项目长度/mm灰分含量/%含水率/%pH值吸油率/%松密度/（g/L)检测结果2.712.82.17.2558.1374.6薛冰，等.复掺纤维AC-13C沥青混合料性能研究表3矿料级配设计结果混合料类型AC-13C类型上限下限目标级配通过下列筛孔（mm）的质量百分率/%13.21009094.79.5856878.94.75683853.52.36502439.71.18381526.60.6281019.20.320714.00.1515510.20.075847.5表4纤维混掺比例方案纤
14、维类型玄武岩纤维/%木质素纤维/%A0.000.00B0.400.00C0.000.40D0.080.32E0.160.24F0.240.16G0.320.08第12期83维掺量下AC-13C混合料的高温稳定性进行试验，试件尺寸为 300 mm300 mm50 mm，试验结束后试件动稳定度按式（1）计算求得，车辙深度及动稳定度试验结果分别如图1、图2所示。DS=()t2-t1 Nd2-d1 C1 C2（1）式中：DS为动稳定度，次/mm；t1、t2分别为45 min、60 min；d1、d2为对应t1、t2时的车辙深度，mm；N为小轮每分钟行走次数，42次/min；C1、C2为常数，均取1.0
15、。由图1、图2可知：与未掺纤维的试件相比，纤维的掺入均降低了试件的车辙深度，而试件动稳定度试验结果均得到了提升。当玄武岩纤维与木质素纤维掺配比例为2 3时，沥青混合料高温稳定性最优。2.2低温抗裂性沥青作为一种柔性胶凝材料，与水硬性胶凝材料的性能差异较大，低温条件下沥青的脆性增强，韧性降低。同时，由于混合料各组成材料性能的差异，导致在温度变化时结构层内部收缩不一致，当结构层内部温缩应力大于允许抗拉应力时，结构层就会形成开裂病害，尤其在季节交替时节更容易出现4-6。本研究参照 公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011）中沥青混合料低温试验方法对不同纤维掺量下 AC-13C 混合料
16、的低温抗开裂性能进行试验。试件尺寸为250 mm30 mm35 mm，由车辙板试件通过双刀片切割机加工而成。试件弯拉强度、弯曲破坏应变结果分别如图3、图4所示，分别按式（2）、（3）求得。RB=3 L PB2 b h2（2）B=6 h dL2（3）以上式中：RB为弯拉强度，MPa；B为弯拉破坏应变，；b为试件宽度，mm；h为试件高度，mm；L为试件跨径，mm；PB为破坏时最大荷载，N；d为破坏时跨中挠度，mm。由图3、图4可知：相较未掺纤维的试件，纤维的掺入，试件弯拉强度及弯曲破坏应变试验结果均得到了提升。当玄武岩纤维与木质素纤维掺配比例为2 3时，沥青混合料低温抗开裂性能最优。2.3水稳定性在外界环境多重因素作用下，沥青路面随着使用年限的增加，沥青逐渐老化，与矿料间的黏结能力逐步降低。夏季多雨地区，沥青路面易受到雨水冲刷而造成水损害病害7-8。本研究参照公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E202011）中浸水马歇尔残留稳定度及冻融劈裂残留强度比试验方法，对不同纤维掺量下AC-13C混合料的水稳定性能进行试验。结果分别如图5、图6所示，分别按式（4）、式（5）求得。表5马歇尔试
