玄武岩纤维网格验收标准玄武岩纤维在重载SBS沥青玛蹄脂碎石混合料路面中的应用

导读刘炳华金彦鑫陈望平刘安刚河北交通职业技术学院路桥工程系长安大学公路学院新疆维吾尔自治区交通建设管理局摘要：为探讨玄武岩纤维在重载路面中的路用性能及其路面结构....刘炳华 金彦鑫 陈望平 刘安刚河北交通职业技术学院路桥工程系 长安大学公路学院 新疆维吾尔自治区交通建设管理局

摘 要：为探讨玄武岩纤维在重载路面中的路用性能及其路面结构的力学响应，对不同掺量玄武岩纤维沥青混合料与路面结构进行研究，通过高温稳定性、低温抗裂性、浸水马歇尔和冻融劈裂试验对玄武岩纤维SMA-13沥青混合料的高低温及水稳性能进行评价，并基于ABAQUS有限元程序对路面结构在累计荷载作用下的力学响应进行分析。结果表明：玄武岩纤维沥青混合料高温、低温、水稳性能要明显优于木质素纤维沥青混合料，最佳掺量为0.3%;玄武岩纤维沥青路面上面层变形量最大，且纤维对集中于中面层的车辙变形影响尤为显著。室内试验和有限元模拟结果表明，玄武岩纤维对SBS沥青路面的改善效果显著，且ABAQUS有限元程序在研究玄武岩纤维路面结构力学性能时能够起到良好的作用。

关键词：沥青混合料;玄武岩纤维;路用性能;力学响应;时间硬化蠕变模型;车辙预估;

基金：河北省高等学校科学技术研究项目2019青年基金项目，项目编号QN2019195;

近年来，随着交通量激增以及超载现象频发，沥青路面车辙与开裂现象愈发严重。聚合物纤维因其对沥青混合料性能改善效果优异而被公路建设领域普遍应用。纤维的加入不仅可以提高混合料的动态模量、黏弹性、抗车辙及抗开裂的能力，且对沥青玛蹄脂碎石混合料的改善效果尤为有效[1,2]。然而在外界环境作用下，木质素纤维、聚酯纤维易出现高温稳定性不足等问题[3]。基于此，玄武岩纤维因其良好的力学性能、稳定性、抗老化性，同时兼顾优异的表面浸润性和电热绝缘性，逐步作为一种新型纤维添加材料广泛应用于高速公路建设中[4,5]。

目前，玄武岩纤维在沥青路面中的应用得到了诸多关注。Pirmohammad等[6]通过断裂试验对玄武岩纤维沥青混合料的断裂韧性进行研究，发现纤维的最佳长度和掺量分别为4 mm和0.3%;Qin等[7]研究发现玄武岩纤维可以在沥青胶浆中形成稳定的三维网络，能够有效分散应力，抑制沥青胶浆的裂纹发展；李震南等[8]基于拉伸和弯曲试验对玄武岩纤维沥青胶浆和混合料的低温性能进行研究，得出改性后的沥青胶浆和混合料具有良好的高温、低温、水稳和抗疲劳性；Zhang等[2,9]研究发现玄武岩纤维可以提高沥青混合料的低温抗裂性能，但这种改善因玄武岩纤维掺量的变化而有所不同；何东坡等[10]研究表明，掺有6%玄武岩纤维的复合改性沥青高低温性能最佳；杨程程等[11]采用ABAQUS有限元软件对玄武岩纤维掺量、长径比和模量进行敏感性分析，发现纤维掺量对沥青混合料的弯拉性能影响最为显著。然而目前的研究主要集中于玄武岩纤维基质沥青混合料，对SBS-玄武岩纤维沥青混合料的路用性能及高温重载下路面结构的受力特征和力学响应未有全面的研究成果。

鉴于此，研究采用路用性能试验对玄武岩纤维沥青混合料的高低温及水稳性能进行评估，以研究不同掺量下混合料的路用性能；并通过ABAQUS软件构建有限元模型，探讨纤维改性沥青路面于高温重载作用下的力学响应与受力特征，旨在为纤维沥青路面的设计提供指导。

1 原材料及试验方案1.1原材料

研究选用SBS(I-C)改性沥青，其技术指标见表1。玄武岩纤维、木质素纤维作为沥青改性剂，主要技术指标见表2。粗集料选用张家口产玄武岩石料，细集料和矿粉均为石灰岩。

表1 SBS(I-C)改性沥青技术指标