[分享]短切玄武岩纤维在沥青路面上的应用

时间: 2020-08-01 06:39 阅读: 次大中小

1 前言

近年来，随着我国公路工程建设的迅猛发展，沥青混凝土结构技术进步飞速，日新月异，并取得了大量的成熟、优异的技术成果。

目前，沥青混凝土已经广泛应用于公路建设领域，突出了其在建设项目中的重要地位。然而，在看到取得成就的同时，我们也应知道沥青混凝土路面的变形损坏问题也日益严重。

路面严重的坑洼、变形会对行车安全造成极大的影响。短切玄武岩纤维是一种新型的纤维材料，其独特的力学性能、良好的稳定性和较高的性能价格比，使其成为一种优良的混凝土增强材料。

本文接下来就将对短切玄武岩纤维的特性进行着重介绍并对短切玄武岩纤维在沥青混凝土路面中的实际应用进行一些探讨。

2 短切玄武岩纤维性能

2.1 定义

短切玄武岩纤维，是由相应的玄武岩纤维基材为原料短切而成的长度小于50mm,能均匀分散在混泥土中的无机矿物纤维。

2.2 短切玄武岩纤维的性能

短切玄武岩纤维拥有高轴向的抗拉强度和高模量的优异性能，其抗拉强度为1050-1250MPa，弹性模量大于34 GPa；短切玄武岩具有突出的耐高温性，使其可以在为零下269至650摄氏度范围之间连续工作；其在腐蚀性介质中（酸、碱、盐溶液）具有较高耐腐蚀性和化学稳定性，在饱和的碱性溶液和水泥等碱性介质中还能保持更高的抗碱液腐蚀性能，单丝断裂强度保留率大于75%；短切玄武岩纤维还可与无机粘合剂相容，吸湿率小于1%，吸收能力不随时间的变化，这就证明了它在使用过程中的材料稳定性，长寿命和环境协调性；此外，短切玄武岩纤维还具有良好的绝缘性能、高温过滤、抗辐射、透波性好等特点。下表1为短切玄武岩纤维的技术性能指标。

表1 短切玄武岩纤维的性能指标

试验项目	用与混凝土的短切玄武岩纤维		用于砂浆的短切玄武岩纤维
试验项目	防裂纤维（BF)	增强纤维（BZ)	抗裂纤维 (BSF)
拉伸强度/MPa ≥	1050	1250	1050
弹性模量/GPa ≥	34	40	34
断裂伸长率/% ≤	3.1
耐碱性能单丝断裂轻度保留率/% ≥	75

3 短切玄武岩纤维在沥青混凝土路面中的应用分析

短切玄武岩纤维沥青混凝土主要是将短切玄武岩纤维按合适的比例添加到路面用沥青混凝土材料中，经过严格配比、温度、湿度、搅拌时间等符合的情况下拌和而成。

众所周知，除了玄武岩纤维，聚酯纤维、木质纤维、矿物棉纤维等纤维材料都可以作为增强材料应用到沥青混凝土的增强中。然而多年来的使用情况表明，这几种纤维作为增强材料应用到沥青混凝土中时都存在一些问题，例如抗老化性能弱，加强作用薄弱，对人体有害等。

而短切玄武岩纤维的出现从材料和办法上都填补了一个空白，能有效解决现有沥青混凝土路面存在的问题，并起到了一个极大的推动作用，其在沥青混凝土路面中的作用表现在以下几个方面：

（1）短切玄武岩纤维由于其吸水率低，掺入沥青混凝土中，可以使沥青路面厚度增加，不易使路面由于吸水膨胀而出现路面开裂、路基不稳的问题。

（2）短切玄武岩纤维除了可以与钢材纤维一样，可以利用其高模量和高抗拉强度的优势，防止裂缝出现后的继续扩大，同时还可以避免钢材纤维在搅拌时易结块，不利于泵送，施工流程复杂的情况。

（3）短切玄武岩纤维属于典型的硝酸纤维，其具有很好的相容性，并且由于它表面是毛绒状态，可以吸附沥青，使玄武岩纤维在混凝土中均匀分布，形成牢固的界面层，以此来提高沥青混凝土路面的抗老化，耐久性。

（4）短切玄武岩纤维具有十分优越的耐温度应变性。其工作温度范围再零下270至651摄氏度之间，在高温的环境中都能保持稳定性，并能阻止混凝土中矿料元素的滑移，增强其稳定性，从而使沥青混凝土路面的高温抗车辙应变力得到有效改善。

此外，短切玄武岩纤维还具有极好的耐低温性能，尤其对于提高沥青混凝土路面的抗低温裂变能力效果显著。

综上所述，短切玄武岩纤维添加到沥青混凝土中，可以提高沥青混凝土路面的的抗冲击性能，抗车辙能力，提高其力学性能。具体而言，短切玄武岩纤维在沥青混凝土路面中起着关键的作用，如抗裂、防渗、耐久性、抗冲击、抗拉强度和美观等。

4 短切玄武岩纤维沥青混凝土的施工方法及注意事项

4.1 施工温度

短切玄武岩纤维沥青混凝土的施工温度不宜太低，因为短切玄武岩纤维会增强沥青的粘滞性，所以短切玄武岩沥青混凝土的施工温度宜高于普通沥青混凝土，否则会容易出现搅拌不均匀的现象。

4.2 施工质量控制

短切玄武岩纤维沥青混凝土施工质量控制，应注意短切玄武岩纤维混凝土中各组成材料检验、计量和搅拌工序的质量控制。

4.2.1级配

在实际施工中，应根据工程要求在合理的范围内选择不同的短切玄武岩掺量。由于短切玄武岩纤维本身不与其他混凝土成分及外加剂发生反应，纤维的掺量亦不会改变原混凝土的配合比。

在施工期间，短切玄武岩纤维混凝土各种材料的质量，应按施工配合比和一次搅拌量计算确定，何军拥，田承宇等通过正交设计的实验方法研究出了玄武岩纤维增强混凝土的最佳配合比，试验中选取纤维掺量，水胶比、粉煤灰掺量、砂率、单位用水量五个因素作为主要因素。

表2是通过实验得到的玄武岩纤维增强混凝土的最佳配合比表。

表2短切玄武岩纤维增强混凝土的最佳配合比表

纤维掺量/（kg/m3)	水胶比	粉煤灰掺量/%	砂率/%	单位用水量(kg/m³）
1.2	0.34	15	40	160

实验表明，并不是短切玄武岩纤维的掺量比越高，混凝土的抗裂效果就越好，在1.2kg/m³里以内，混凝土的抗压强度随着短切玄武岩纤维掺量的增加而增强，随后减小又增加，呈一个曲线形式。

4.2.2投料顺序及方法

在短切玄武岩纤沥青维混凝土搅拌过程中，应当考虑短切玄武岩纤维的加料顺序。使用时将短切玄武岩纤维与砂、石等骨料同时加入，最好是添加沙子和石头的同时，短切玄武岩纤维在沙子中加入，然后加入沥青和湿混合搅拌。

纤维加入方式可分为人工加入和自动加入。人工加入是指在热骨料掺入搅拌罐后，人工将称量好的短切玄武岩纤维投入，但其缺点是劳动强度大，混合均匀性不高，且需要根据实际情况，延长搅拌时间，以保证纤维在沥青混凝土中分散的更均匀。

自动投入是指利用玄武岩纤维投料机自动计量需要加入的用量并随拌合机的热集料一起投入拌锅。纤维送料机具有自动计量、预粉碎和风送机构等优点，具有便捷、快速、精准的添加纤维功能。在实际应用中，则应根据实际施工情况选择合适的方法。

4.2.3摊铺注意点

首先，应当注意摊铺面的清洁；然后预热摊铺机熨平板到120摄氏度，同时注意摊铺速度，控制在每分钟3至4米左右；铺松系数应按工程实际试铺而定；摊铺温度应当保持在160摄氏度。

4.2.4成型及养护

掺加短切玄武岩纤维的混凝土在成型时除了应保证沥青混凝土充分压实外无特殊要求，在高温条件下尽可能碾压瓷实。

4 短切玄武岩纤维在沥青混凝土路面中的应用实例简述

嘉绍高速海宁互通连接线（路面结构为：20厘米水泥稳定碎石底基层以+6厘米（AC-20C）沥青混凝土+4厘米（AC-16C）沥青混凝土）和08省道，经海宁市科技局立项批复，为探寻科学有效的提高路面抗车辙能力的方法，确保公路安全畅通，并力求处治车辙病害简易方便、施工工期短、养护费用低，采用了加短切玄武岩纤维改性沥青混凝土进行养护试验。

从处理效果看，加入短切玄武岩纤维后，沥青混凝土路面的高温稳定性有了很大的提高，增强了路面的耐久性，延长路面的使用寿命，并减少二次车辙的发生，为行车安全提供了强有力的保障。

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