温拌再生玄武岩纤维沥青混合料路用性能研究*

时间：2024-08-31

李志刚

(河南交院工程技术有限公司，河南郑州 450000)

中国早些年铺筑的沥青路面已逐渐进入大中修期，产生大量铣刨的旧沥青混合料(RAP)。将RAP通过一定技术和工艺加以利用，对经济及生态环境都会产生重大效益，故已成为现阶段道路建设中的重要研究方向。目前RAP再生技术还不太成熟，而将温拌技术与再生技术相结合的研究更少。玄武岩纤维是玄武岩通过一定工艺加工而成的矿物纤维，具有良好的物理、力学性能，同时与沥青具有较好的相容性，能改善混合料的路用性能。该文通过对RAP进行回收、抽提，研究RAP中旧沥青的老化程度及矿料级配组成；通过对再生混合料矿料级配设计及路用性能研究，确定新沥青的最佳掺量和温拌剂Sasobit、再生剂SZS的合理用量，分析玄武岩纤维对温拌再生混合料路用性能的改善效果，为混合料温拌再生技术的应用提供理论指导。

1 原材料

1.1 RAP

旧混合料级配类型为AC-16C，粗、细集料为玄武岩碎石，填料为石灰岩磨细的矿粉，沥青为70#A级。通过铣刨对旧路面进行破碎，在铣刨现场不同位置取代表性的旧混合料进行室内抽提试验，RAP矿料级配、沥青含量及旧沥青相关指标检测结果见表1～3。

由表3可知：RAP中沥青软化点偏大，针入度较低，延度不满足规范要求。这主要是因为随着沥青路面使用年限的增长，在车辆轴载及外界环境综合作用下沥青老化，相关性能衰退。

表1 RAP矿料级配

表2 RAP沥青含量

表3 RAP中沥青三大指标试验结果

1.2 新沥青

新沥青选用90#A级，其主要技术指标见表4。

1.3 再生剂

选用液体SZS再生剂，其对沥青质具有较好的稀释效果，能提高老化沥青的延度和针入度，使老化

表4 90#沥青的主要技术指标

沥青再生后的性能达到原沥青技术指标要求。SZS再生剂的主要技术指标见表5。

表5 SZS再生剂的主要技术指标

1.4 温拌剂

温拌剂是一种降粘剂，能改善沥青粘度、增强混合料的可塑性，从而降低混合料拌和施工温度。选用Sasobit温拌改性剂，其主要技术指标见表6。

表6 Sasobit温拌剂的主要技术指标

1.5 玄武岩纤维

选用的玄武岩纤维为GBF11 μm～6 mm短切纱，其主要技术指标见表7。

1.6 矿料级配及马歇尔试验结果

再生混合料类型为AC-16C，新掺粗集料为3～5、5～10、10～15 mm玄武岩碎石，细集料为0～3 mm机制砂，填料选用石灰岩磨制的矿粉。经检测，粗、细集料及矿粉的技术指标均满足规范要求。

表7 玄武岩纤维的主要技术指标

RAP掺量占矿料总质量的50%，AC-16C再生混合料级配见表8。Sasobit掺量为3%(占再生混合料沥青的质量)，通过试验确定在Sasobit掺量为3%时，马歇尔试件成型温度为135 ℃，最为合理。考虑到实际生产经济性要求，确定SZS再生剂掺量为6.5%(占旧沥青的质量)。RAP掺量为50%、Sasobit掺量为3%、SZS再生剂掺量为6.5%时，再生混合料最佳新沥青用量及马歇尔试验结果见表9。

表8 再生沥青混合料的矿料级配

注：RAP占50%。

表9 再生混合料的最佳新沥青用量及马歇尔试验结果

2 路用性能研究

2.1 高温稳定性

通过车辙试验评价温拌再生玄武岩纤维沥青混合料的高温抗车辙能力。在温拌再生混合料中分别掺入 0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%玄武岩纤维(占温拌再生混合料的质量)，通过轮碾成型法成型试件。车辙试验结果见图1。

图1 温拌再生玄武岩纤维沥青混合料车辙试验结果

由图1可知：随着玄武岩纤维掺量的增大，温拌再生混合料的动稳定度先升高后降低，掺量为0.4%时动稳定度改善效果最优；掺量从0增大到0.3%时，动稳定度增幅较大，但掺量从0.3%增大到0.4%时，动稳定度增加不明显。这主要是因为玄武岩纤维比表面积较大，对沥青的吸附作用较强，能均匀分散到混合料中起到加筋、增韧的作用。但其掺量过大时，纤维在混合料中容易结团并吸收大量沥青，造成矿料间沥青膜变薄，降低混合料的高温抗车辙能力。综合考虑，玄武岩纤维最佳掺量为0.3%。

2.2 低温抗裂性

通过小梁弯曲试验评价温拌再生玄武岩纤维沥青混合料的低温抗开裂能力，不同玄武岩纤维掺量时的试验结果见图2、图3。

图2 温拌再生玄武岩纤维沥青混合料最大弯拉应变试验结果

图3 温拌再生玄武岩纤维沥青混合料弯曲劲度模量试验结果

由图2、图3可知：随着玄武岩纤维掺量的增大，温拌再生混合料的最大弯拉应变、弯曲劲度模量均先升高后降低，掺量为0.4%时达到峰值；掺量为0.4%时，最大弯拉应变、弯曲劲度模量比未掺纤维的再生混合料分别提高14.6%、15.9%。表明玄武岩纤维的掺入对温拌再生混合料起到了加筋、增韧的效果，增强了矿料之间的抗拉强度，可减少裂缝的形成，改善温拌再生混合料的低温抗开裂能力。

2.3 水稳定性

水损害是沥青路面抗水毁能力不足的主要表现。通过浸水马歇尔和冻融劈裂试验分析不同玄武岩纤维掺量时温拌再生混合料的水稳定性，试验结果见图4、图5。

图4 温拌再生玄武岩纤维沥青混合料浸水马歇尔试验结果

图5 温拌再生玄武岩纤维沥青混合料冻融劈裂试验结果

由图4、图5可知：随着玄武岩纤维掺量的增加，温拌再生混合料的浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂残留强度比均先升高后降低，掺量从0增大到0.3%时升高幅度较大；掺量为0.3%时，浸水马歇尔残留稳定度、冻融劈裂残留强度比比未掺纤维的再生混合料分别提高8.6%、11.7%。这主要是因为玄武岩纤维能均匀分散到混合料中，提高沥青路面的密实度，增强矿料之间的粘结强度，起到加筋、增韧的效果，改善温拌再生混合料的抗水毁能力。