玄武岩纤维沥青胶浆性能研究

２０１２年８月　石油沥青ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ　ＡＳＰＨＡＬＴ　第２６卷第４期　玄武岩纤维沥青胶浆性能研究　邵吨广　，贾水彩　（１．河南中原高速公路股份有限公司，郑州４７５０００；　２．河南交通职业技术学院公路工程技术有限公司，郑州４５０００５）　

摘要：针对玄武岩纤维的优良特性，进行沥青胶结料和玄武岩纤维之间的作用研究。研　究结果表明：胶浆的针入度随着玄武岩纤维掺量的增加而减小，随着温度的升高而增大；针　入度指数随纤维掺量的增加而增大，沥青肢浆的感温性得到改善；胶浆的软化点随纤维掺量　的增加而减小，在纤维掺量为４％时，接近高粘沥青的软化点水平；胶浆的延度随纤雏掺量　的增加而减小。　关键词：道路工程沥青混合料玄武岩纤维针入度软化点　

沥青胶结料为温度敏感性材料，高温时易产　生流淌，低温时易出现缩裂。沥青混合料主要由　沥青胶结料、集料和外掺剂组成。外掺剂的不同　类型、比例对混合料的性能影响较大。短切玄武　岩矿物纤维是一种新型的纤维，它可以弥补有机　类纤维的强度与弹性模量低、耐高温性能差等缺　点并可再生利用，同时也弥补了石棉等矿物纤维　存在威胁环境及人体的缺陷　工ｊ。但是纤维加强　沥青混合料性能在不同组合条件下表现迥异，需　要进一步深入研究。本研究首先通过不同纤维掺　量下沥青胶浆的针人度、软化点、延度等室内试　验分析纤维对沥青的粘、弹性及韧性的影响，对　玄武岩纤维和沥青胶浆的作用机理开展研究。　１原材料及性能指标　１．１沥青胶结料　本研究选用郑州市路通公路建设有限公司生　产的ＳＢＳ　Ｉ—Ｄ改性沥青，性能技术指标如表ｌ　所示，玄武岩纤维为浙江石金公司生产。　２试验结果及分析　对不同玄武岩纤维掺量的ＳＢＳ　Ｉ—Ｄ改性沥　青和高粘沥青五种胶结料进行针入度、软化点、　延度、弹性恢复试验。　２．１针入度试验　沥青的针人度与沥青的路用性能具有密切的　关系，是沥青标号的主要依据。Ｅ．Ｎ仅表现在高　温稳定性上，对低温抗裂性也同样重要。针入度　指数　是最常用来描述沥青胶结料感温性的指　标，在国外已把　列为沥青标准指标。沥青流　变学研究中指出，针人度指数反映沥青偏离牛顿　流体的程度，　值太小时，沥青的温度敏感性　强，同温度条件下更接近牛顿流体的性质，但在　低温时显示明显的脆性特征；太大时，沥青具有　明显的凝胶特征，耐久性不好，它的低温脆性虽　小，但显示较强的荷载速率感应性。总的来说，　针人度指数太低和太高都是不好的。这就是规定　在一１．０～１．０间的原因　一　。　对五种沥青胶浆在ｌＯ，ｌ５，２５，３Ｏ℃下进　行针人度试验，试验结果如表２所示。　由表２可知，对所试验的五种沥青胶浆而　言，针入度随着温度的升高而增加。在１Ｏ，ｌ５，　２５，３Ｏ℃试验温度下，ＳＢＳ改性沥青胶浆的针　入度随着纤维掺量的增加而减小，在掺量为　２％～４％下，ＳＢＳ改性沥青胶浆的针人度可以达　到高粘沥青的水平。　针入度指数试验结果见表３。　由表３沥青胶浆针人度指数可知，随着纤维　掺量的增加，沥青胶浆Ｐ，值增大，表明胶浆的　

收稿日期：２０１２一Ｏｌ—ｌＯ。　作者简介：邵晓广，男，毕业于长沙理工大学，现从事道　路沥青材料的研发和应用工作。　２８　石　油　沥　青　２０１２年第２６卷　感温性得到改善，高温性能增强　。　

衰１　ＳＢＳ　Ｉ—Ｄ改性沥青性能指标　

表２玄武岩纤维沥青胶浆针入度试验结果１Ｏ　ｍｍ　表３玄武岩纤维沥青胶浆针入度指数试验结果　项目　竺塑童　壁墼　——一高粘沥青　０　２　３　４　Ｐｌ　０．３６２　７　０．５４４　８　０．８１０　８　０．８３０　３　０．６４５　０　

２．２软化点试验　软化点是道路沥青最基本的性能指标，是我　国道路沥青最常用的三大指标之一，直接与路面　发软变形的程度相关联。因此，软化点是大多数　国家用来说明沥青高温性能的指标之一。因为沥　青是多种碳水化合物的混合物，所以它没有明确　的熔点，只是随着温度的升高逐渐软化，软化点　是在一定试验条件下表示沥青软硬程度的一个条　件温度，软化点高意味着沥青混合料的高温稳定　性好　］。软化点的试验方法有好多种，本研究　采用的是环与球法。对添加不同剂量纤维的ＳＢＳ　沥青胶浆和高粘沥青进行软化点试验，结果如图　１。　沥青胶浆类型　图１沥青胶浆的软化点　从图１可知，掺加纤维后ＳＢＳ改性沥青的软　化点较纯ＳＢＳ改性沥青有显著提高，且随着纤　维掺量的增加，纤维沥青的软化点增大。纤维掺　量为２％、３％、４％时纤维沥青胶浆的软化点较　纯沥青分别提高了２１．８％、２４．９％、２８．３％，　由此表明玄武岩纤维显著提高了沥青的热稳定　性。沥青胶浆热稳定性的增强，可提高沥青的高　温稳定性，有效降低其高温剪切永久变形。沥青　中添加玄武岩纤维后，针人度和针入度指数减　少、软化点提高，主要的原因是玄武岩纤维的加　入使沥青的胶体结构发生变化，纤维在沥青中为　不溶物，以三维分散相存在，且其表面空隙吸收　沥青中的轻质油分，也就相当于在原沥青中加入　沥青质，从而使沥青逐渐由溶胶转变为溶一凝　胶结构以至凝胶结构，从而提高了沥青胶浆的温　度稳定性　Ｊ。　２．３延度试验　沥青的延度是通过在规定的速度和温度下，　拉伸标准试件的两端直至断裂的长度。在一定温　度下的延度试验结果能够间接地反映在路面使用　温度时的沥青粘度和剪切敏感性的关系，同时，　其与路面的使用性能有一定的相关性，尤其是低　温延度与低温开裂性能密切。因此，本研究对上　述的五种沥青胶浆在５℃、１０℃，以５　ｃｍ／ｍｉｎ　的速度进行试验，结果如图２。　

∞　：２　舳　０　ｐ＼《　群　第４期　邵晓广等．玄武岩纤维沥青胶浆性能研究　２９　甘　＼　

麓　

沥青胶　疑类型　图２沥青胶浆的延度　由图２测试结果可知，掺加玄武岩纤维后沥　青胶浆的延度较同温度时未掺加纤维的沥青的延　度小得多，面且掺量越大，温度越低，胶浆的延　度也越低。温度为５℃和ｌｏ℃时，纤维掺量分　别为２％、３％、４％时皎浆的延度较纯沥青分别　降低了３１．２％、４３．６％、６７．４％和ｌ５．２％、　２６．４％、４０．９％。　在沥青路面中，沥青胶浆的变形能力实际上　决定了混合料在低温时是否出现缩裂。胶浆低温　延度较大时，混合料的应变能力较大，路面出现　裂缝的可能性就小，反之，则路面容易出现裂　缝，致使其它早期病害的并发。当然，纤维的加　入可以提高混合料的强度，路面产生开裂所需能　量要提高。但是，总的而言，纤维在沥青中的掺　量不宜过多。应该在混合料强度提高及纤维胶浆　延度降低两个矛盾之间确定纤维掺量的最佳值。　２．４弹性恢复试验　弹性恢复一般用来评价改性沥青的变形恢复　能力。通常弹性恢复好的沥青材料，其混合料具　有较好的弹性，对荷载作用产生的路面变形“自　愈”能力强，随裂缝变化的适应能力也较强¨引。　弹性恢复指标是针对于改性沥青提出的。对未掺　纤维的沥青、三种不同玄武岩纤维掺量的沥青胶　浆和高粘沥青进行弹性恢复试验，试验结果如表　４所示。　由表４中玄武岩胶浆弹性恢复试验结果可　知，玄武岩纤维的加人大大提高了沥青胶浆的弹　性恢复能力，且随着玄武岩纤维掺量的增加，胶　浆弹性恢复成递增趋势，在纤维掺量分别为　２％、３％、４％时，沥青胶浆的弹性恢复较未掺　加纤维沥青提高了５％以上，并且超过了同等试　验条件下高粘沥青的弹性恢复值。由此表明纤维　的加入提高了沥青胶浆的弹性。　囊４Ｉ玄武岩沥青胶浆弹性恢复试验结果　３结语　ａ）对不同玄武岩纤维掺量的沥青胶浆进行　针人度试验可知，胶浆的针入度随着纤维掺量的　增加而减小，随着温度盼升高而增大；针人度指　数随纤维掺量晦增加面增大，沥青胶浆的感温性　得到改善。　ｂ）由玄武岩纤维胶浆的软化点试验可知，　胶浆的软化点随纤维掺量的增加而减小，在纤维　掺量为４％时，接近高粘沥青的软化点水平。　ｃ）从纤维胶浆的延度试验可得，胶浆的延　度随纤维掺量的增加而减小，随温度的升高而增　加，延度的减小会增加路面出现温缩裂缝的可能　性。　ｄ）综上可知，在沥青胶浆中加入玄武岩纤　维后，沥青胶浆的高温及耐久性得到提高。　

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Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ｂａｓａｌｔ　Ｆｉｂｅｒ　Ａｓｐｈａｌｔ　Ｍｏｒｔａｒ　Ｓｈａｏ　Ｘｉａｏｇｕａｎｇ　，Ｊｉａ　Ｓｈｕｉｃａｉ　（１．ｔｔｅｎａｎ　Ｚｈｏｎｇｙｕａｎ　Ｅｘｐｅｒｓｓｗａｙ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４７５０００；　２．Ｈｅｎａｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００５）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｇｏｏｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ，ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ａｃｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ａｓ—　ｐｈａｌｔ　ａｎｄ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ、’ｊ＿舾ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｓｐｈａｌｔ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｉｓ—　ｉｎｇ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔ［ｉｂａｒ　ａｎｄ　ｗａｓ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｔｏ　ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ　ｉｎｄｅｘ．Ｔｈｅ　ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｂｉｎｄｅｒ　ｗｅｎｔ　ｕｐ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｓｐｈａｌｔ　ｃｏｎｔｅｎｔ，ｔｈｅ　ｐｏｉｎｔ　ｗａｓ　ｃｌｏｓｅｄ　ｔｏ　ｈｉｇｈ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ａｓｐｈａｌｔ　ｓｔｉｃｋｙ　ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅａｃｈｅｄ　ｔｏ　４％．Ｔｈｅ　ａｓｐｈａｌｔ　ｅｘｔｅｎｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｍａｓｔｉｃ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ａｓｐｈａｌｔ　ｍｉｘｔｕｒｅ；ｂａｓａｌｔ　ｆｉｂｅｒ；ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ；ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ