一、技術名稱：高性能玄武巖纖維瀝青混合料

        二、技術來源：江蘇省交通運輸科技項目“玄武巖纖維增強瀝青混合料性能應用研究”（合同編號：2012Y07-1）、江蘇省產(chǎn)學研聯(lián)合創(chuàng)新資金前瞻性研究項目“TLB高強纖維復合瀝青混合料應用技術研究”（合同編號：BY2014117-02）、江蘇省交通運輸科技與成果轉化項目“TLB高強纖維瀝青混合料處治高速公路瀝青路面典型病害技術應用”（合同編號：2016T17）

        三、適用范圍：新建道路中對抗車轍、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。

        二十世紀六十年代，澳大利亞、加拿大等國家首先在瀝青混合料中添加纖維材料來對混合料進行改進；在美國、加拿大、澳大利亞、德國、比利時、奧地利、日本等國，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)過多年的工程應用，由于木質素纖維易發(fā)生熱分解和氧化退化反應，再生時瀝青的性能大為降低；而聚合物纖維最大的缺點就是其熔點低，導致纖維與瀝青的相容性差，在與混合料進行高溫拌合時，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材料，不會發(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，長期接觸石棉纖維粉塵容易誘發(fā)石棉肺甚至致癌，對人體有害，并且污染環(huán)境。一些發(fā)達國家已經(jīng)禁止石棉纖維的使用，我國早期也大量使用石棉纖維，但隨著經(jīng)濟和社會的發(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.技術原理

        玄武巖纖維均勻分散于瀝青混合料中，呈三維隨機分布且相互搭接形成空間網(wǎng)絡。通過復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，說明瀝青相對纖維相有很好的浸潤性，使界面的粘結力大于瀝青相本身的粘結力。當瀝青混合料在外力作用下產(chǎn)生裂縫或空隙時，玄武巖纖維空間網(wǎng)絡結構尤如瀝青混合料“微加筋”，將瀝青混合料受損部位連成一體，使得裂紋擴展時的能量釋放率減少從而延緩裂縫的擴展。

        2.  關鍵技術或工藝流程

        （1）確定玄武巖纖維瀝青混合料的目標配合比設計，通過室內試驗得到玄武巖纖維的不同摻量和瀝青混合料路用性能的關系，以及玄武巖纖維瀝青混合料的施工工藝。

        （2）采用DEM等微觀實驗分析方法，得到玄武巖纖維增強瀝青混合料性能的作用機理；

        （3）采用全壽命經(jīng)濟效益分析方法，解決玄武巖纖維復合瀝青混合料的綜合性能評價問題。

        3.  主要技術指標

        玄武巖纖維：采用6mm的短切玄武巖纖維，主要技術指標應滿足下表要求。

                                                      表1 玄武巖纖維技術指標

        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的流動變形，增強抗車轍能力；提高低溫時的流變變形，增強低溫抗裂性能；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。

        4.  技術應用情況

        2014年3月，在揚州儀征市閩泰大道建設過程中，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)護大中修工程中應用玄武巖纖維瀝青混合料進行了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治理工程得到應用。其中 2013年合計使用單車道1.563km；2014年合計使用單車道11.342km；2015年度合計使用單車道45.28km；2016年度，截止到6月份，合計使用單車道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：①具有相對高的抗拉比強度，玄武巖纖維的抗拉比強度是金屬的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)纖維制成的細棒在長時間(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中用作高效絕熱材料。直徑1~3μm、密度140kg/m³的玄武巖超細纖維絕熱材料在-196℃下的導熱系數(shù)約為0.026千卡/（米?小時?度），而且在長期處于低溫（-196℃）液氮介質作用之后，玄武巖纖維絕熱材料的強度不會降低；⑤原料開采方便、儲量豐富（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用優(yōu)勢與前景：①與瀝青和集料有較好的親和力等諸多優(yōu)良的力學和物理化學性能，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備，施工簡單方便。

        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用前景的綠色、環(huán)保、新型生態(tài)材料。

        技術持有單位：揚州大學

        單位地址：江蘇省揚州市大學南路88號