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玄武岩纤维对高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能的影响

宣布日期：

2025-05-15

摘要

为解决热再生沥青混淆料的性能受原路面沥青混淆料接纳料(RAP)影响，保存的掺量低、耐候性差、易爆发早期病害等问题。通过研究差别 RAP掺量及玄武岩纤维对热再生沥青混淆料高温稳固性、低温抗裂性、水稳固性及疲劳性能的影响纪律，改善其路用性能。效果批注：掺加玄武岩纤维可显着改善热再生沥青混淆料的路用性能，当 RAP掺量抵达50%时，混淆料的动稳固度抵达8721次/min，抗弯拉强度为8.1MPa，弯拉应变为2621με，浸水残留稳固度为86.1%，冻融劈裂强度比80.8%，知足使用要求。

要害词：蹊径工程热再生沥青混淆料接纳料玄武岩纤维路用性能

随着我国公路建设的快速生长和对绿色公路的迫切需求，沥青路面再外行艺已成为主要的生长趋势[1].将原路面沥青混淆料接纳料(RAP)举行循环再生处置惩罚，制备成再生沥青混淆料，可有用解决放弃沥青混淆料铺张问题，降低路面养护本钱，具有较好的经济、环保效益[2-3].现在，海内的研究应用还处于初级阶段，RAP掺量低，路用性能差，易爆发开裂等问题，怎样改善高 RAP 掺量热再生沥青混淆料的性能是亟待研究的主要问题[4-5]。

郭杰等[6]研究了 RAP 掺量和 PVA 纤维掺量对热再生混淆料的高温稳固性、低温抗裂性和水稳固性的作用纪律，建议 RAP掺量不高于40%，PVA纤维掺量以0.3%~0.5%为宜.刘佳[7]研究了聚酯纤维、玄武岩对差别 RAP 掺量的再生沥青混淆料水稳固性的影响，批注纤维可增强再生沥青混淆料水稳固性.�；刍踇8]研究了纤维与青川岩沥青改性热再生混淆料的路用性能，接纳纤维与青川岩沥青复配计划可改善大比例 RAP掺量热再生混淆料耐久性和极端天气条件下耐候性。为进一步提高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能，本研究以热再生沥青混淆料为研究工具，通太过析差别 RAP掺量及玄武岩纤维对热再生改性沥青混淆料高温稳固性、低温抗裂性、水稳固性及疲劳性能的影响纪律，为工程实践提供须要的参考。

实验部分

主要质料

沥青路面经由恒久服役，会逐渐爆发老化、硬化等征象，性能爆发衰减。旧沥青性能、集料性能和级配对 RAP的应用效果有较大的影响[9].本研究所使用的原质料包括原路面沥青混淆料接纳料(RAP)、新集料、苯乙烯Ｇ丁二烯Ｇ苯乙烯嵌段共聚物(SBS)改性沥青、再生剂与纤维，凭证规范要求对原质料举行测试。其中，RAP取自山东省某路面养护工程的中上面层(原设计沥青为IＧC)，该路面已使用近10年。RAP通过对原沥青路面铣刨、破碎、筛分处置惩罚后获得0~8mm、8~12mm、12~20mm 三档，经由抽提后获得 RAP的级配与沥青含量见表1。

玄武岩纤维对高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能的影响

选用新旧沥青协调再生的方法举行沥青再生，旧沥青用量越多，效益越高，但对性能的影响越大，施工难度也有所增添，因此确定新旧沥青的掺加比例至关主要[10].本项目所选用的沥青为SBS改性沥青，凭证?公路工程沥青及沥青混淆料试验规程?(JTGE20—2011)中要求的离心分抽提法接纳旧沥青，并测试其三大指标和黏度，旧沥青25℃针入度为42(0.1mm)，135℃黏度为1.46Pa·s，保存热再生的使用价值，手艺性能如表 2 所示。

玄武岩纤维对高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能的影响

所用新集料为石灰岩，凭证?公路工程集料试验规程?(JTG E42—2005)要求举行筛分实验和性能检测，如表3-5所示。

玄武岩纤维对高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能的影响

玄武岩纤维对高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能的影响

玄武岩纤维对高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能的影响

再生剂由国路高科(北京)工程手艺研究院有限公司提供，可改善沥青的组分，降低沥青硬度，使老化沥青性能靠近或恢复至使用前的性能，再生剂用量为 RAP质量的1%。本项目所用的纤维接纳为玄武岩纤维，纤维性能如表6所示。

玄武岩纤维对高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能的影响

试验设计

本项目研究玄武岩纤维对差别 RAP掺量热再生沥青混淆料性能的影响，掺加纤维热再生沥青混淆料级配设计要害在于 RAP 旧料和新料的配比，需使两者配比知足沥青混淆料级配设计的规范要求，划分合成了 w(RAP)为0%、20%、30%、40%、50%的级配设计，各级配中纤维掺量均为热再生沥青混淆料质量的0.3%，级配曲线如图1所示.接纳马歇尔试验确定各组再生沥青混淆料的zui佳油石比划分为4.00%、4.50%、4.70%、4.96%、5.16%，如表7所示。

为了阻止 RAP 加热温度过高导致的 RAP 外貌沥青泛起二次老化、沥青流淌和结团等问题，加热温度不易过高，实验中将 RAP在130℃预热2h，新集料在190℃预热2h，拌杂温度控制为170℃，加入矿粉后继续拌杂。详细办法为:先将 RAP 与再生剂混淆，并预拌和30s;再加入新集料及纤维拌和30s;加入新沥青拌杂60s后再加入矿粉拌杂60s。压实温度为150℃，在烘箱中保温备用。凭证试验研究需要，凭证规范要求将混淆料成型为划定尺寸的试件举行测试。

效果与讨论

高温稳固性剖析

沥青混淆料高温稳固性是指沥青路面在高温条件下对抗变形，坚持自身稳固性的能力。温度对沥青性能影响较大，沥青混淆料在湿热耦合条件下易泛起车辙、拥抱、推移等病害，爆发无法恢复的变形破损[11].本研究通过车辙试验和单轴贯入试验剖析玄武岩纤维和 RAP掺量对热再生沥青混淆料的高温稳固性，凭证?公路工程沥青路面及沥青混淆料规程?(JTJ 052—2000)的相关划定，车辙试验温度为60℃，试验压强为0.7MPa，通过车辙碾压深度盘算获得热再生沥青混淆料的动稳固度(DS)，效果见图2。

玄武岩纤维对高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能的影响

由图可知，上述混淆料动稳固度均知足规范≥2800次/mm 的要求，未掺加玄武岩纤维时，随着RAP掺量的增添，混淆料的动稳固度先增添后趋于稳固，其中RAP掺量由0%增添到40%时，动稳固度快速增da，主要缘故原由是旧料中沥青老化导致流变特征和温度敏感性降低，老化沥青硬度高黏度低，针入度降低而软化点有所提高，随旧料比例增添，降低了沥青胶浆流变性，新旧沥青裹附较为充分，RAP掺量增添有利于提高沥青混淆料高温稳固性。当RAP掺量继续增添，动稳固度略微降低，说明旧料含量过多无法与新沥青充分融合，沥青与集料间的粘附性变差，再生效果削弱。旧料掺量增da也导致旧料级配变异性增da，高温性能下降。

别的，添加玄武岩纤维后，相同 RAP掺量试件的动稳固度获得了显著提升，在RAP掺量为50%时，稳固度抵达了8721次/min，相比于未添加玄武岩纤维，提升了31.2%.这是由于玄武岩纤维可与沥青形成一种更为致密的一连相，纤维的桥连效应可有用提高试件对抗变形的能力，添加玄武岩纤维能有用提高试件的高温稳固性能。

对动稳固度举行多因素方差剖析，探讨 RAP掺量和玄武岩纤维对热再生沥青混淆料高温性能的影响性，效果见表8.由表8可见，玄武岩纤维掺加(F＝66.84871，P＝0.00122)和 RAP掺量(F＝65.91892，P＝0.000663)对热再生沥青混淆料的高温性能均具有显著性影响，且 RAP 掺量的概率F值更小，说明其影响更大。

玄武岩纤维对高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能的影响

通过单轴贯入试验来模拟现实蹊径上路面受到的载荷情形，剖析热再生沥青混淆料性能高温稳固性。单轴贯入试验温度为60℃，试验加载速率为1mm/min，测试效果见图 3。

玄武岩纤维对高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能的影响

由图可知，随着 RAP掺量的增添，试样的贯入强度先增da后镌汰。加入玄武岩纤维后，试样的性能进一步提升，当 RAP掺量为40%时，贯入强度zui高为1.51MPa，相比未掺纤维的沥青混淆料，提高21.8%。这是由于玄武岩纤维能够吸附自由沥青，形成稳固的三维网状结构，有用增强热再生改性沥青混淆料的高温抗剪切能力。

低温抗裂性剖析

热再生沥青混淆料由于老化沥青黏度大导致沥青变脆发硬，在低温下易缩短开裂，严重时会爆发龟裂等病害，影响其路面的使用性能[12].因此，提高热再生沥青混淆料低温抗裂性能是影响 RAP 掺量应用的主要因素。凭证?公路工程沥青及沥青混淆料试验规程?(JTG E20—2011)中小梁弯曲试验要求，通过弯拉强度、zui大弯拉应变举行低温性能评价，测试温度为-10℃，加载速率为50mm/min，测试效果见图 4。

玄武岩纤维对高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能的影响

由图可知，未掺玄武岩纤维时，当RAP掺量从0升至50%后，其弯拉强度从 9.65MPa 下降至5.86MPa，下降幅度显着。热再生混淆料的弯曲应变也随着 RAP 掺量的增添逐渐减小，这是由于RAP中老化沥青导致与矿料的黏附效应下降，试件的粘聚力降低。当 RAP 掺量抵达50%时，混淆料的低温性能较低，抗弯拉强度为8.1MPa，弯拉应变为2621με。

当掺入玄武岩纤维后，试件的破损应变爆发了显著增添，RAP 掺量在0、20%、30%、40%、50%时，掺入玄武岩纤维后，试件的弯拉强度划分提高14.2%、17.6%、37.5%、31.8%、38.2%，试件的破损应变划分提高 13.4%、12.4%、12.8%、14.4%、23.6%，说明掺入玄武岩纤维可有用地提高热再生沥青混淆料低温抗裂性能，提高路面使用性能。

当RAP掺量达50%时，仍能坚持很好的性能，这是由于玄武岩纤维具有较好的沥青吸附性能，可疏散到沥青混淆料中，增添与集料的接触面积，提高混淆料界面强度与韧性。且玄武岩纤维疏散性好，强度高，在热再生沥青混淆料内部匀称疏散。形成不规则的三维网格结构，便于转达载荷及疏散作用力，加筋稳固作用显着，缓解裂痕的爆发或扩展，较好的提高再生混淆料的低温性能。但随着RAP掺量的增添，旧沥青增多，新沥青无法充分裹覆纤维，导致部分纤维未能充分验展在沥青中的稳固加筋作用。

对弯拉应变举行多因素方差剖析，探讨RAP掺量和玄武岩纤维对热再生沥青混淆料低温抗裂性能的影响性。效果见表9.由表9可见，玄武岩纤维掺加 (F＝186.5145，P＝0.000166479)和 RAP掺量(F＝107.4164，P＝0.00025366)对热再生沥青混淆料的低温抗裂性能均具有显著性影响，且RAP掺量的概率F值更小，说明其影响更大。

玄武岩纤维对高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能的影响

水稳固性剖析

水稳固性是指沥青混淆料对抗水损害的能力。沥青路面恒久受到地表水或地下水侵蚀后，在车辆载荷下易爆发网裂、坑槽等病害，影响其路用性能，水损害己成为沥青路面主要病害之一[13].本研究接纳浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验来评价沥青混淆料的水稳固性，效果见图 5。

玄武岩纤维对高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能的影响

由图可知，未掺玄武岩纤维时，试件的浸水残留稳固度和冻融劈裂强度比均随着 RAP掺量的增da而镌汰。当RAP掺量大于30%后，试件的浸水残留稳固度和冻融劈裂强度比低于规范要求值，不知足使用要求。这是由于RAP掺量中旧沥青老化与集料的黏附性降低，在动水压力作用下会使沥青与集料间相互剥离，导致混淆料水稳固性降低。加入玄武岩纤维后，试样的水稳固性均显着提高，当RAP掺量为50%时，试件的浸水残留稳固度为86.1%，冻融劈裂强度比80.8%，知足使用要求，说明玄武岩纤维的掺入可有用地提高沥青混淆料水稳固性。

疲劳性能剖析

沥青路面恒久遭受车辆载荷的重复作用，容易爆发疲劳开裂，造成路面结构性破损，影响其路用性能[14].针对RAP掺量为50%的沥青混淆料，通过疲劳试验评价玄武岩纤维对沥青混淆料疲劳特征的影响，凭证 ?沥青混淆料四点弯曲疲劳寿命试验?(T0 739—2011)要求，试验温度为15℃，加载波型为半正矢波型，加载频率为15Hz，测试效果见图 6。

玄武岩纤维对高RAP掺量热再生沥青混淆料路用性能的影响

由图可知，在低应力比时，高 RAP掺量沥青混淆料的疲劳寿命较高，掺加玄武岩纤维后，混淆料疲劳寿命显著的提高，说明玄武岩纤维对混淆料有显著的加筋增韧作用，纤维匀称交织漫衍于混淆料中，形成不规则的三维网格结构，纤维与集料、沥青之间有优异吸附性，提高了混淆料致密性与牢靠度，便于转达载荷及疏散作用力。纤维柔韧性较好，包裹着混淆料整体不易松散，提高质料弹性模量，从而增强了混淆料各项性能。随着应力比的提高，沥青混淆料疲劳寿命急剧降低。

结论

(1)热再生改性沥青混淆料高温性能优异，随着RAP掺量的增添，混淆料的高温稳固性逐渐增da，但低温抗裂性和水稳固性逐渐降低。当RAP掺量凌驾40%后，混淆料的浸水残留稳固度和冻融劈裂强度比凌驾规范要求值，混淆料的水稳固性不知足路用要求。

(2)掺加玄武岩纤维可显着改善热再生改性沥青混淆料的高温稳固性、低温抗裂性和水稳固性等路用性能。当RAP掺量抵达50%时，混淆料的动稳固度抵达8721次/mm，抗弯拉强度为8.1MPa，弯拉应变为2621με，浸水残留稳固度为86.1%，冻融劈裂强度比80.8%，知足使用要求。

(3)掺加玄武岩纤维可显着改善高RAP掺量的沥青混淆料疲劳寿命，提高其恒久使用的路用性能。

(4)综合来看，玄武岩纤维可改善高RAP掺量热再生改性沥青混淆料的各项性能，对提高 RAP使用率有增进作用，能够为提高再生沥青混淆料中RAP掺量并改善其性能提供一个新的途径。

参考文献：

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[13]张玉峰.沥青混淆料老化后路用性能研究[D].长春:吉林大学,2012.

[14]范鹏云,刘冰剑,路再红,等.渗透剂对再生沥青混淆料性能的影响[J].公路,2019,64(3):43-46.

原创作者：董俊杰1 邬燕1 张伟1 魏艳萍2，1.齐鲁高速公路股份有限公司，济南;2.国路高科(北京)工程手艺研究院有限公司，北京

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