一、技術(shù)名稱：高性能玄武巖纖維瀝青混合料

        二、技術(shù)來源：江蘇省交通運(yùn)輸科技項(xiàng)目“玄武巖纖維增強(qiáng)瀝青混合料性能應(yīng)用研究”（合同編號(hào)：2012Y07-1）、江蘇省產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合創(chuàng)新資金前瞻性研究項(xiàng)目“TLB高強(qiáng)纖維復(fù)合瀝青混合料應(yīng)用技術(shù)研究”（合同編號(hào)：BY2014117-02）、江蘇省交通運(yùn)輸科技與成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目“TLB高強(qiáng)纖維瀝青混合料處治高速公路瀝青路面典型病害技術(shù)應(yīng)用”（合同編號(hào)：2016T17）

        三、適用范圍：新建道路中對(duì)抗車轍、抗開裂、抗疲勞性能有較高要求的路段；老舊道路養(yǎng)護(hù)中的加鋪罩面；水泥道路加鋪瀝青面層中“白改黑”路段。

        二十世紀(jì)六十年代，澳大利亞、加拿大等國(guó)家首先在瀝青混合料中添加纖維材料來對(duì)混合料進(jìn)行改進(jìn)；在美國(guó)、加拿大、澳大利亞、德國(guó)、比利時(shí)、奧地利、日本等國(guó)，許多工程中都采用纖維做外摻劑鋪筑瀝青路面。經(jīng)過近40年的發(fā)展，纖維外摻劑也已從最初的石棉纖維發(fā)展為今天各種不同材質(zhì)的纖維類型。

        目前在瀝青混合料中常用的纖維可以分為三種：植物纖維（木質(zhì)素纖維），聚合物纖維（聚乙烯纖維和聚丙烯纖維）、礦物纖維（石棉纖維）。經(jīng)過多年的工程應(yīng)用，由于木質(zhì)素纖維易發(fā)生熱分解和氧化退化反應(yīng)，再生時(shí)瀝青的性能大為降低；而聚合物纖維最大的缺點(diǎn)就是其熔點(diǎn)低，導(dǎo)致纖維與瀝青的相容性差，在與混合料進(jìn)行高溫拌合時(shí)，聚合物纖維容易發(fā)生融化卷曲，影響混合料的路用性能；礦物纖維是一種無機(jī)材料，不會(huì)發(fā)生類似植物纖維和聚合物纖維的問題，在工程上，使用最多的礦物纖維是石棉纖維，然而石棉纖維粉塵是一種有毒物質(zhì)，長(zhǎng)期接觸石棉纖維粉塵容易誘發(fā)石棉肺甚至致癌，對(duì)人體有害，并且污染環(huán)境。一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)禁止石棉纖維的使用，我國(guó)早期也大量使用石棉纖維，但隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)在使用量也越來越少。而玄武巖纖維作為一種新型纖維添加劑，既能克服傳統(tǒng)纖維的不足，又能保持甚至提高傳統(tǒng)纖維的性能。

        1.技術(shù)原理

        玄武巖纖維均勻分散于瀝青混合料中，呈三維隨機(jī)分布且相互搭接形成空間網(wǎng)絡(luò)。通過復(fù)合材料界面理論分析，玄武巖纖維與瀝青之間有較大的接觸面，說明瀝青相對(duì)纖維相有很好的浸潤(rùn)性，使界面的粘結(jié)力大于瀝青相本身的粘結(jié)力。當(dāng)瀝青混合料在外力作用下產(chǎn)生裂縫或空隙時(shí)，玄武巖纖維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)尤如瀝青混合料“微加筋”，將瀝青混合料受損部位連成一體，使得裂紋擴(kuò)展時(shí)的能量釋放率減少?gòu)亩泳徚芽p的擴(kuò)展。

        2.  關(guān)鍵技術(shù)或工藝流程

        （1）確定玄武巖纖維瀝青混合料的目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，通過室內(nèi)試驗(yàn)得到玄武巖纖維的不同摻量和瀝青混合料路用性能的關(guān)系，以及玄武巖纖維瀝青混合料的施工工藝。

        （2）采用DEM等微觀實(shí)驗(yàn)分析方法，得到玄武巖纖維增強(qiáng)瀝青混合料性能的作用機(jī)理；

        （3）采用全壽命經(jīng)濟(jì)效益分析方法，解決玄武巖纖維復(fù)合瀝青混合料的綜合性能評(píng)價(jià)問題。

        3.  主要技術(shù)指標(biāo)

        玄武巖纖維：采用6mm的短切玄武巖纖維，主要技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足下表要求。

                                                      表1 玄武巖纖維技術(shù)指標(biāo)

        玄武巖纖維瀝青混合料路用性能：玄武巖纖維可以減小瀝青混合料高溫時(shí)的流動(dòng)變形，增強(qiáng)抗車轍能力；提高低溫時(shí)的流變變形，增強(qiáng)低溫抗裂性能；有效改善瀝青混合料抗永久變形能力；瀝青混合料抗疲勞性改善明顯，在AC級(jí)配中，摻加纖維后的瀝青混合料疲勞次數(shù)提高2倍以上，在SMA級(jí)配中，疲勞次數(shù)提高4倍左右。玄武巖纖維瀝青混合料力學(xué)性能：玄武巖纖維的加入能減小混合料損傷所消耗的能量，延長(zhǎng)混合料的疲勞壽命，混合料韌性得到明顯的改善，材料的阻裂性能得到增強(qiáng)。

        4.  技術(shù)應(yīng)用情況

        2014年3月，在揚(yáng)州儀征市閩泰大道建設(shè)過程中，鋪筑玄武巖纖維瀝青混合料3912.126m。

        2014年6月，在江蘇省S333省道儀征段，鋪筑玄武巖纖維瀝青路面2000m，路寬48m，共9.6萬平方米。

        2015年8月，在江蘇省S237省道江都段路面養(yǎng)護(hù)大中修工程中應(yīng)用玄武巖纖維瀝青混合料進(jìn)行了4100m的上面層鋪筑。

        2013年~2016年，玄武巖纖維改性瀝青混合料材料在江蘇京滬高速路面專項(xiàng)治理工程得到應(yīng)用。其中 2013年合計(jì)使用單車道1.563km；2014年合計(jì)使用單車道11.342km；2015年度合計(jì)使用單車道45.28km；2016年度，截止到6月份，合計(jì)使用單車道17.34km。

        5.  推廣前景

        玄武巖纖維作為一種新型的礦物纖維，其自身有以下有點(diǎn)：①具有相對(duì)高的抗拉比強(qiáng)度，玄武巖纖維的抗拉比強(qiáng)度是金屬的2~2.5倍，是E型玻璃纖維的1.4~1.5倍；②具有高熱穩(wěn)定性，玄武巖纖維可以工作到600℃，而玻璃纖維在相同條件下的使用溫度不超過400℃。由玻璃纖維和無機(jī)粘接劑制造的絕熱制品可以工作到700℃，此外玄武巖礦石還可以和許多配料組合形成可在800℃下工作的耐高溫材料；③具有在交變載荷作用下的高穩(wěn)定性和耐久性，由連續(xù)纖維制成的細(xì)棒在長(zhǎng)時(shí)間(超過9年)經(jīng)受交變載荷作用后幾乎沒有疲勞破壞的痕跡,即未出現(xiàn)裂紋或其它破壞癥狀；④具有高的聲熱絕緣特性，玄武巖纖維可在低溫技術(shù)中用作高效絕熱材料。直徑1~3μm、密度140kg/m³的玄武巖超細(xì)纖維絕熱材料在-196℃下的導(dǎo)熱系數(shù)約為0.026千卡/（米?小時(shí)?度），而且在長(zhǎng)期處于低溫（-196℃）液氮介質(zhì)作用之后，玄武巖纖維絕熱材料的強(qiáng)度不會(huì)降低；⑤原料開采方便、儲(chǔ)量豐富（玄武巖礦石約占地球表殼的1/3）。與金屬、玻璃及其它碳化物原料不同，大自然提供的玄武巖是已經(jīng)過火山巖漿精選、重熔冶煉過的組份單一穩(wěn)定的礦石原料。

        玄武巖纖維在道路工程中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與前景：①與瀝青和集料有較好的親和力等諸多優(yōu)良的力學(xué)和物理化學(xué)性能，比如摻加玄武巖纖維顯著提高了瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能、斷裂能和疲勞性能；②在瀝青路面使用過程中玄武巖纖維對(duì)環(huán)境無污染，不影響瀝青材料的再生利用；③與其他的瀝青混合料施工工藝相似，不需要添加其他新的設(shè)備，施工簡(jiǎn)單方便。

        玄武巖纖維采用天然的玄武巖生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中無污染。

        綜上所述，玄武巖纖維瀝青混合料是一種具有一定推廣應(yīng)用前景的綠色、環(huán)保、新型生態(tài)材料。

        技術(shù)持有單位：揚(yáng)州大學(xué)

        單位地址：江蘇省揚(yáng)州市大學(xué)南路88號(hào)