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玄武岩纤维对沥青崎岖温流变特征影响研究

宣布日期：

2024-12-30

摘要

为探讨玄武岩纤维在使用历程中对沥青性能的影响，接纳海内通例沥青试验和美国Superpave沥青指标试验对0%、1%、3%、5%掺量的纤维沥青的改性作用举行试验比照，研究玄武岩纤维的掺量对沥青崎岖温流变特征的影响。试验效果批注，通例沥青试验中延度试验无法对纤维沥青举行有用评价，软化点、DSR和BBR试验验证了玄武岩纤维可有用提升沥青的崎岖温流变特征，但纤维掺量不宜过高，相宜掺量应为3%左右。对差别类型纤维自身性能比照剖析研究发明，玄武岩纤维具有ji好的力学性能和热稳固性，应用远景辽阔。

要害词：玄武岩纤维 | 崎岖温 | 流变特征 | 性能比照

沥青路面因其优异的行驶质量、低噪音、施工速率快、优异的耐久性和稳固性、可接纳性以及易于维护等优点被普遍应用，且已成为我国蹊径建设的主要铺装形式。然而，在行车荷载和自然情形等因素的影响下，沥青路面会泛起如车辙、裂痕、坑槽等诸多病害，这些病害会严重影响路面的质量，镌汰使用寿命，增添养护本钱�？萍贾霸蓖ü诹で嗪土で嗷煜现屑尤胩砑蛹烈愿纳屏で嗉捌浠煜闲阅�，延伸路面使用年限[1-3]。玄武岩纤维作为诸多添加剂中的一种，属于矿物纤维，由玄武岩石料在ji高的温度下熔融后拉制而成的一连纤维，具有强度高、耐侵蚀和耐高温等优点。别的，玄武岩纤维对沥青具有增粘、阻裂和增da模量的作用，可提高其疲劳耐久性。

许多科研职员将玄武岩纤维用于种种型号的基质沥青和改性沥青中，研究玄武岩纤维长度和掺量对沥青混淆料性能的影响，发明合理的玄武岩纤维长度和掺量可周全提升沥青混淆料的高温稳固性、低温抗裂性和水稳固性能[4]。研究批注zui佳的玄武岩纤维掺量一样平常为基质沥青的0.3%~0.4%。玄武岩纤维用于沥青混淆料中的研究较为常见且详细，但玄武岩纤维对沥青的性能影响却少有报道。为此，本文针对差别玄武岩纤维掺量对沥青高温顺低温流变特征的影响，通过软化点、DSR、延度和BBR四项试验验证玄武岩纤维对70�；柿で嘈阅艿脑銮啃Ч�，并在此基础上，评价了玄武岩纤维在基质沥青的应用中较木质素纤维和聚酯纤维的优越性。

原质料及制备

玄武岩纤维

所选用玄武岩纤维手艺指标见表1。

玄武岩纤维对沥青崎岖温流变特征影响研究

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沥青接纳东海牌70�；柿で�，详细参数见表2。

玄武岩纤维对沥青崎岖温流变特征影响研究

玄武岩纤维沥青的制备

将70�；柿で嘣�160℃的烘箱中加热至流动状态后，称取0%、1%、3%和5%烘干后的玄武岩纤维加入沥青中，在恒温电子烤炉上人工搅拌10min，使玄武岩纤维在沥青中起源疏散，随纵然用疏散搅拌器在170℃、转速为1000rad/min的条件下拌和，使玄武岩纤维匀称疏散在沥青中。为避免玄武岩纤维沉淀在沥青底部，应严酷控制搅拌时间，搅拌竣事后连忙浇膜举行试验。

试验要领

软化点、延度、DSR和BBR试验按JTG E20-2011《公路工程沥青及沥青混淆料试验规程》中相关要领的要求举行。

效果剖析

软化点和延度

软化点是评价沥青的基础指标，在一定水平上，沥青软化点的崎岖决议了沥青混淆料高温稳固性的强弱。延度则反应沥青在低温情形下的变形能力，是评价沥青塑性的主要指标[5]。因此。划分对差别玄武岩纤维掺量的沥青举行软化点和延度试验，效果见表3。

玄武岩纤维对沥青崎岖温流变特征影响研究

凭证表3效果可知，软化点随着玄武岩纤维掺量的增添而一直升高，增添幅度在掺量大于3%后降低，说明玄武岩纤维的加入使沥青的高温性能获得了一定水平的上升，但随掺量的增添，上升趋势有所下降；延度试验效果批注，玄武岩纤维的掺入使延度一直降低，凭证复合质料理论和现有研究综合剖析，可能是因玄武岩纤维掺入后，致使沥青浇膜时应力集中，导致纤维沥青在低温情形下ji易爆发断裂，体现出纤维沥青延度降低的假象，有的延度试验无法用来权衡纤维沥青的低温性能，试验效果与现真相形保存较大差别。

DSR

由于沥青质料的感温特征，在差别温度情形下，沥青对抗变形的能力会爆发响应的转变。美国为了更好地研究沥青的高温粘弹特征，研发了动态剪切流变仪(DSR)试验装备[6-7]。使用DSR装备可对差别纤维掺量的沥青举行温度扫描试验，剖析其复数剪切模量、相位角、车辙因子随着温度的转变。已有研究批注，车辙因子可较好地表征沥青的高温稳固性，车辙因子越大，则说明沥青在高温下对抗变形的能力越好。

本试验接纳DSR流变仪在60℃、65℃、70℃和75℃四种试验温度下对差别玄武岩纤维掺量的沥青举行试验，划分获得剪切模量G?、相位角δ和车辙因子G?/sinδ，效果见图1~图3。

玄武岩纤维对沥青崎岖温流变特征影响研究

从图1～图3可见，玄武岩掺量和温度对沥青高温特征中的G?、δ及G?/sinδ有显著影响。随玄武岩纤维掺量的增添，此3项指标均呈上升趋势。

从图3中可知，各温度下沥青的车辙因子都随玄武岩纤维掺量的增添而增添，各掺量下沥青的车辙因子都随温度的升高而降低，这说明玄武岩纤维可有用提升沥青的车辙因子。其中，玄武岩纤维掺量为3%时较为合理，提升幅度zui大；在60℃情形下，纤维掺量对沥青的车辙因子影响显著，随着温度的一直升高，这种影响一直降低，在情形温度抵达75℃时，纤维掺量给沥青车辙因子带来的影响已经微乎其微。

BBR

弯曲梁流变试验(BBR)同样是由美国提出用以权衡沥青在低温情形下对抗变形的能力[8-10]。经由海内外大宗学者的验证后发明，弯曲流变试验的劲度模量S和蠕变柔量m值可有用反应沥青的低温流变性能。通俗沥青可通过延度试验磨练其低温性能，但前文延度试验批注无法对纤维沥青举行有用评价。为此，基于BBR的弯曲梁流变试验，测得差别玄武岩掺量沥青的劲度模量和蠕变柔量。凭证SHRP妄想中划定，60s的劲度模量应不大于300MPa，蠕变柔量应不低于0.3。本试验是在-12℃情形下对差别纤维掺量沥青举行BBR试验，获得60s时的劲度模量S和蠕变柔量m值，其效果见表4。

玄武岩纤维对沥青崎岖温流变特征影响研究

由表4可知，劲度模量均低于300MPa，m值均高于0.3，二者均切合SHRP划定要求。劲度模量S越小，批注沥青的低温稳固性越好，玄武岩纤维掺量为3%时，劲度模量Szui小，此时纤维沥青的低温稳固性zui佳；当纤维掺量增添到5%时，劲度模量S反而增da，说明纤维掺量不宜过多，不然对沥青性能不增强反而削弱。差别掺量下沥青的m值均高于0.3，且差别性较小，与劲度模量S相同的是，当纤维掺量为5%时，m值迅速降低，批注低温性能快速削弱。因此，通太过析综合劲度模量S和m值可知，玄武岩纤维掺量为3%时对沥青低温稳固性的提升效果zui佳。

差别纤维性能比照研究

纤维通常占沥青混淆料的0.2%~0.4%，量少但效果显著，起到了桥接和加筋的要害作用，差别纤维因各自奇异的性能，使其在沥青及沥青混淆料中所起的作用效果和巨细也有所差别[11-12]。为了研究差别纤维自身性能的区别，从物理性能、热稳固性能和吸油率3个角度对玄武岩纤维、木质素纤维和聚酯纤维3种主流纤维的自身性能举行评价。

玄武岩纤维的原质料为玄武岩，取材利便且环保，其制作工艺也较为浅易且玄武岩纤维的性能优良[13-15]，成为近年来沥青路面zui常用的纤维稳固剂，应用远景辽阔；木质素纤维是zui突出的植物纤维，取材越发普遍，因其对沥青具有优异的吸附性及较低的本钱，在沥青混淆料中普遍应用，特殊是用于SMA沥青混淆料中居多，但因其较低的强度和不耐高温顺侵蚀等性能缺陷，致使其很难获得进一步推广；聚酯纤维作为高分子结构物，具有优异的化学稳固性、耐酸和耐侵蚀性，力学性能也较为显著，但也保存耐碱性、耐摩性和耐高温性能等较差的弱点。

物理性能

通过对纤维的物理性能举行测试，试验效果见表5。

玄武岩纤维对沥青崎岖温流变特征影响研究

由表5可知，玄武岩纤维的抗拉强度zui高，远高于木质素纤维和聚酯纤维，是木质素纤维的10倍之多。玄武岩纤维在密度方面也有着绝dui的优势，是木质素纤维和聚酯纤维的2倍左右。

热稳固性

沥青及沥青混淆料通常在较高的温度下举行预热、搅拌和压实事情但对纤维的高温稳固性有着一定的要求，若纤维的高温稳固性缺乏格会导致其整体性能大打折扣。因此，有须要对纤维的热稳固性举行研究。

3种纤维各取10g，安排在180℃的烘箱中6h。取出后称取其质量，凭证公式，质量损失＝(加热前质量-加热后质量)/加热前质量×100%盘算，可得出质量损失率，效果见表6。

玄武岩纤维对沥青崎岖温流变特征影响研究

由表6试验效果可知，180℃高温下，3种纤维都有一定的质量损失率，但木质素的损失率较大，为24.9%，从烘箱取出的木质素纤维其外观由原有白色酿成了黄色，这些征象都说明晰木质素纤维的热稳固性保存着较大的问题。而玄武岩纤维的质量损失ji小，仅为2.3%，玄武岩纤维在高温情形下外观没有爆发转变，综合说明玄武岩纤维具有优异的热稳固性。

吸油性

称取烘干的3种纤维各5g，记为m1，将其划分置入玻璃杯中，加入100mL煤油并搅拌15min后静置5min。称取试样筛质量为m2，将各玻璃杯中的纤维倒入试样筛，启动纤维吸油率测定仪，时间为10min，完成后称取试样筛和筛内纤维的总质量为m3，试验效果见表7。

玄武岩纤维对沥青崎岖温流变特征影响研究

凭证公式吸油率ｘ＝(m3-m2-m1)/m1×100%盘算，划分可得玄武岩纤维、木质素纤维和聚酯纤维的吸油率划分为56.2%、66.6%和29%。木质素纤维的吸油率较好，植物纤维内部逍遥率较大，吸油能力较强。玄武岩纤维的吸油率也较好，虽缺乏木质素纤维，但相差不大。

经济性剖析

凭证市场现实价钱对3种纤维的质料增添本钱举行预算剖析，按通例用量设定3种纤维的掺量均为沥青混淆料总质量的0.3%，玄武岩纤维和聚酯纤维致使沥青用量提升0.2%，木质素纤维致使沥青用量增添0.3%，据此得出1t沥青混淆料中3种纤维所增添的本钱预算，效果见表8。

玄武岩纤维对沥青崎岖温流变特征影响研究

由表8可知，每t纤维沥青混淆料所增添的用度约为：聚酯纤维61元/t、玄武岩纤维40元/t、木质素纤维26.7元/t，其余运输费、人工费和拌和费等用度相似，不作剖析较量。连系纤维自身特征，建议接纳玄武岩纤维。

结论

1)软化点试验起源验证了玄武岩纤维具有增强沥青高温性能的功效，基于DSR的温度扫描试验证实玄武岩纤维可对沥青高温稳固性举行有用提升，在情形温度为60℃~70℃之间时尤为显着，温度大于70℃时，玄武岩纤维给沥青高温性能带来的提升不显著。

2)延度试验效果保存较大误差，连系现有研究发明延度试验不适用于对纤维沥青低温性能的评价，需要进一步研发试验要领；但基于BBR的弯曲梁流变试验可很好地反应玄武岩纤维对沥青低温抗裂性的增强，且当玄武岩纤维掺量为3%时，抗裂效果zui佳，掺量高于3%后沥青的低温性能呈下降趋势。

3)3种纤维自身性能研究批注，玄武岩纤维在各方面都体现精彩，具有较好的应用远景；聚酯纤维力学性能和热稳固性优异，但吸油率较低；木质素纤维具有较高的吸油率，但力学性能和热稳固性相比之下较差。因此，在纤维的选择上应凭证工程现实和沥青种类再连系纤维的详细某一或某些性能举行综合比照后选择较佳。

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全文完。宣布于《公路交通手艺》2021年12月。作者简介：黄南华(1990-)，男，重庆市人，本科，工程师，研究偏向为公路设计和清静研究。Ｅ-mail：1957874921@qq.com。

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