一、概述：随着国民经济的发展，高速公路在整个社会经济发展中的地位显得越来越重要， 人们对高速公路的运行状况也越来越关注 但是随着高速公路通车里程的不断增加， 交通量的不断增长， 道路的各种病害也随之增加道路维修便给人们的出行和货物的运输带来很大的不便 ，而道路的失修又会给司乘人员带来安全威胁。随着道路通车年限的增长， 这一矛盾会越来越突出。于是有针对性的提高道路质量，消除道路病害则显的尤为重要。
在北方地区， 由于常年温差较大 ，冬天路面表层温度在-20度左右 ，而在盛夏地表温度又会升到60-70度，低温时由于底基层、基层的收缩裂缝 虽然沥青路面厚度增至 4 0多cm ，有的甚至达到50-60 cm 但仍难抵御因基层开裂而向上的反射裂缝 由于裂缝的出现 在雨水、雪水的侵蚀及重复荷载的作用下 沥青路面很快便会出现坑槽。而在盛夏由于沥青路面受到沥青材料软化点的影响 在重复荷载尤其是大吨位荷载的作用下又很容易出现车辙。归纳起来这两种情况的出现最根本的原因是由于沥青路面的高温稳定性和低温抗裂性能较差造成的。
为了提高沥青路面的高温稳定性和低温抗裂性， 人们想了很多的办法， 有的采用改进沥青混合料的配比，有的采用增加路面结构的厚度， 但其结果不是效果不佳， 就是经济上不合算。随着科技的不断进步以及新型材料在道路施工上的不断推广和应用， 人们发现在沥青混合料中添加纤维能够改善沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性。
二、几种常用纤维品种使用特性分析
用于增强沥青混凝土高温稳定性和低温抗裂性的纤维品种有多种 但其效果各不相同， 目前主要被大家广泛采用的有以下几种。
2.1木质纤维
木质纤维是天然木材或纸质经过化学处理得到的有机纤维， 其主要作用是吸油 ，但吸水率太高 ，不耐高温， 因其纤维几乎没有拉伸强度 ，因此对沥青路面的低温抗裂性几乎起不到作用。
2.2聚酯纤维
聚酯纤维是高聚合物合成的有机纤维 其延伸率较高 因其由塑料提炼加工而成 其表面光滑 与沥青的粘结效果不好 而且其熔点较低 拌合时极易熔化或受损。高温时因本身的耐高温性能差 随沥青混凝土的软化纤维也随之变形 对集料的约束稳定作用明显下降低温情况下 纤维变脆易断 又会使沥青混凝土变硬、变脆 造成结构不稳定或抗老化性能减弱。
2.3 矿物棉纤维
矿物棉纤维是目前高速公路上使用较多的一种合成矿物质纤维 美国及欧洲一些国家曾广泛使用 但因其形态为不规则的棉絮状 有渣球及粉末 不仅直接影响了其加筋效果 而且拌合时不易拌匀 易形成团块 再加上此种纤维对人体有害 是人造的可吸入纤维 易引起身体不适 皮肤发痒等病症 因此这种纤维在推广应用上受到了一定的限制。上述几种纤维的力学性能比较表列如下。
3、玄武岩矿物纤维特性分析
随着科技的不断进步和航天事业的发展 ，研制出了被广泛应用于航空航天、交通基础建设、路桥建设领域的一种纯矿物玄武岩纤维，它是以玄武岩为唯一原料，在1500度高温下熔融拉丝而成，它的主要化学成份列表如下：
由于玄武岩纤维是一种纯天然矿物质纤维 它与聚酯纤维 木质纤维和矿物质棉纤维相比 具有以下不同的特点
（1） 耐高温、耐低温 -269 650 。与沥青高温拌合时 材料性能不会热退化， 更不会与沥青发生化学或溶解反应 ，可有效改变沥青低温硬化高温软化的状况。
（2）防水侵蚀性能良好，吸水率低，吸湿率<0.1%。
（3）弹性模量在 93-110GPa，较其他类纤维大。
（4）拉伸强度高一般在2800-3800MPa。
（5）吸音系数高（ 0.9-0.99），导热系数低 ，导热系数为 0.03-0.038W/（ m·K）。
（6）耐磨损且耐化学腐蚀 具有优良的抗老化性能。
（7）与沥青混凝土有较好的表面亲和力。
玄武岩纤维的各种力学性能表列如下。正是由于玄武岩纤维具有优良的物理力学性能和优质的无机化合物的组成成份 决定了它可以做为一种外加纤维应用于路用沥青混凝土中。
三、玄武岩纤维沥青混合料在石太高速工程中的应用
2010 年 为了治理石太高速公路河北段出现的路面坑槽及车辙 ，对全段 68km 进行了挖补罩面 其山区南半幅 100px 沥青面层施工时就添加了玄武岩纤维。石太高速公路是京昆高速的重要组成部分， 是晋煤东运的重要通道 也是西北通往华北、东北及山东半岛的交通主干线， 由于它特殊的地理位置及能源通道的特殊作用 ，每天双向的自然交通流量都在 30000 多辆以上，尤其是来自太原方向的重载车辆对南半幅的破坏作用非常明显，每年都有大量的车辙和坑槽出现， 为了治理这些道路病害， 沿线技术人员想了很多办法， 采取了很多措施， 但效果都不是很明显。最终采取掺加了一定数量的玄武岩纤维来提高沥青面层的高温稳定性和低温抗裂性，效果明显改善。
首先 我们在实验室进行了配比及混凝土性能试验 其各项数据表列如下（ 沥青混凝土类型 AC-13C 沥青采用重交 70#）。
以上数据分析得知， 掺加纤维后， 最佳沥青用量有少许增加 ，从掺加纤维的类型看， 掺加长度为 6mm 的纤维比长度 9mm 的效果要好， 掺加纤维后沥青混凝土的不同路用性能有较大改善。通过检测并与不掺加纤维的路面进行对比发现玄武岩纤维在沥表路面中表现出六个方面的明显作用。
1、高温稳定性明显增强
由于纤维可在-269 -650℃范围内连续工作， 大大地超过沥青工作要求范围 ，完全适应 190℃沥青搅拌施工时的高温要求， 同时纤维本身优异的耐高温性能也可大幅改善沥青路面高温抗车辙变形能力。混合料高温变形主要是由于矿料间的相对滑移引起，而纤维对沥青的稳定作用可对这种滑移起到有效的阻碍和约束作用，从而增强了矿质骨科的相对稳定性，减小了剪切变形和竖向变形。
2、抗变形能力明显增强
通过路面弯沉测试掺加玄武岩纤维的沥青路面较普通沥青混凝土路面的弹性变形恢复能力得到明显提高加之玄武岩纤维的耐低温性能 从而在很大程度上提高了路面的抗裂能力。
3、路面的耐久性增强
玄武岩纤维是一种硅酸盐材料，它与沥青有很好的表面亲和力，且纤维表面呈毛绒状， 极易吸附沥青，可形成结合力牢固的结构沥青界面层 ，使包裹在石料表面的沥青油膜厚度增加， 从而改善沥青路面的抗氧化性能， 大幅度提高沥青路面的抗疲劳性能和抗老化性。
4、有较好的化学稳定性
玄武岩纤维是一种无机非金属材料 ，具有高耐腐蚀性和高化学稳定性 ，与沥青之间不发生任何化学反应因此各种材料的化学性能不会发生任何变化。
5、使沥青混合料表现出较好的水稳性
玄武岩纤维由于吸水率低，加入沥青混凝土中，矿料表面有效沥青膜厚度均有所增厚，从而有效阻止了水对沥青及矿料界面的渗透 ，而且在纤维的表面吸附作用下，沥青中的轻质成份多吸附在纤维表面， 而使沥青变稠 ，从而进一步增加了沥青与矿料间的粘结力。
6、高强度的加筋抗拉伸作用
沥青混凝土掺加玄武岩纤维后，可大幅度提高沥青混合料的抗拉强度及韧性。短切玄武岩纤维在沥青中相互搭接，形成桥接纤维网络，均匀分布的纤维通过“加筋”作用， 使路面上传递的荷载转移， 及时地分散到矿质骨科和沥青胶砂中， 使得荷载分布扩散更加均匀， 从而提高了混合料的整体强度 ，大大提高了抗车辙能力。
在北方地区， 由于常年温差较大 ，冬天路面表层温度在-20度左右 ，而在盛夏地表温度又会升到60-70度，低温时由于底基层、基层的收缩裂缝 虽然沥青路面厚度增至 4 0多cm ，有的甚至达到50-60 cm 但仍难抵御因基层开裂而向上的反射裂缝 由于裂缝的出现 在雨水、雪水的侵蚀及重复荷载的作用下 沥青路面很快便会出现坑槽。而在盛夏由于沥青路面受到沥青材料软化点的影响 在重复荷载尤其是大吨位荷载的作用下又很容易出现车辙。归纳起来这两种情况的出现最根本的原因是由于沥青路面的高温稳定性和低温抗裂性能较差造成的。
为了提高沥青路面的高温稳定性和低温抗裂性， 人们想了很多的办法， 有的采用改进沥青混合料的配比，有的采用增加路面结构的厚度， 但其结果不是效果不佳， 就是经济上不合算。随着科技的不断进步以及新型材料在道路施工上的不断推广和应用， 人们发现在沥青混合料中添加纤维能够改善沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性。
二、几种常用纤维品种使用特性分析
用于增强沥青混凝土高温稳定性和低温抗裂性的纤维品种有多种 但其效果各不相同， 目前主要被大家广泛采用的有以下几种。
2.1木质纤维
木质纤维是天然木材或纸质经过化学处理得到的有机纤维， 其主要作用是吸油 ，但吸水率太高 ，不耐高温， 因其纤维几乎没有拉伸强度 ，因此对沥青路面的低温抗裂性几乎起不到作用。
2.2聚酯纤维
聚酯纤维是高聚合物合成的有机纤维 其延伸率较高 因其由塑料提炼加工而成 其表面光滑 与沥青的粘结效果不好 而且其熔点较低 拌合时极易熔化或受损。高温时因本身的耐高温性能差 随沥青混凝土的软化纤维也随之变形 对集料的约束稳定作用明显下降低温情况下 纤维变脆易断 又会使沥青混凝土变硬、变脆 造成结构不稳定或抗老化性能减弱。
2.3 矿物棉纤维
矿物棉纤维是目前高速公路上使用较多的一种合成矿物质纤维 美国及欧洲一些国家曾广泛使用 但因其形态为不规则的棉絮状 有渣球及粉末 不仅直接影响了其加筋效果 而且拌合时不易拌匀 易形成团块 再加上此种纤维对人体有害 是人造的可吸入纤维 易引起身体不适 皮肤发痒等病症 因此这种纤维在推广应用上受到了一定的限制。上述几种纤维的力学性能比较表列如下。
3、玄武岩矿物纤维特性分析
随着科技的不断进步和航天事业的发展 ，研制出了被广泛应用于航空航天、交通基础建设、路桥建设领域的一种纯矿物玄武岩纤维，它是以玄武岩为唯一原料，在1500度高温下熔融拉丝而成，它的主要化学成份列表如下：
由于玄武岩纤维是一种纯天然矿物质纤维 它与聚酯纤维 木质纤维和矿物质棉纤维相比 具有以下不同的特点
（1） 耐高温、耐低温 -269 650 。与沥青高温拌合时 材料性能不会热退化， 更不会与沥青发生化学或溶解反应 ，可有效改变沥青低温硬化高温软化的状况。
（2）防水侵蚀性能良好，吸水率低，吸湿率<0.1%。
（3）弹性模量在 93-110GPa，较其他类纤维大。
（4）拉伸强度高一般在2800-3800MPa。
（5）吸音系数高（ 0.9-0.99），导热系数低 ，导热系数为 0.03-0.038W/（ m·K）。
（6）耐磨损且耐化学腐蚀 具有优良的抗老化性能。
（7）与沥青混凝土有较好的表面亲和力。
玄武岩纤维的各种力学性能表列如下。正是由于玄武岩纤维具有优良的物理力学性能和优质的无机化合物的组成成份 决定了它可以做为一种外加纤维应用于路用沥青混凝土中。
三、玄武岩纤维沥青混合料在石太高速工程中的应用
2010 年 为了治理石太高速公路河北段出现的路面坑槽及车辙 ，对全段 68km 进行了挖补罩面 其山区南半幅 100px 沥青面层施工时就添加了玄武岩纤维。石太高速公路是京昆高速的重要组成部分， 是晋煤东运的重要通道 也是西北通往华北、东北及山东半岛的交通主干线， 由于它特殊的地理位置及能源通道的特殊作用 ，每天双向的自然交通流量都在 30000 多辆以上，尤其是来自太原方向的重载车辆对南半幅的破坏作用非常明显，每年都有大量的车辙和坑槽出现， 为了治理这些道路病害， 沿线技术人员想了很多办法， 采取了很多措施， 但效果都不是很明显。最终采取掺加了一定数量的玄武岩纤维来提高沥青面层的高温稳定性和低温抗裂性，效果明显改善。
首先 我们在实验室进行了配比及混凝土性能试验 其各项数据表列如下（ 沥青混凝土类型 AC-13C 沥青采用重交 70#）。
以上数据分析得知， 掺加纤维后， 最佳沥青用量有少许增加 ，从掺加纤维的类型看， 掺加长度为 6mm 的纤维比长度 9mm 的效果要好， 掺加纤维后沥青混凝土的不同路用性能有较大改善。通过检测并与不掺加纤维的路面进行对比发现玄武岩纤维在沥表路面中表现出六个方面的明显作用。
1、高温稳定性明显增强
由于纤维可在-269 -650℃范围内连续工作， 大大地超过沥青工作要求范围 ，完全适应 190℃沥青搅拌施工时的高温要求， 同时纤维本身优异的耐高温性能也可大幅改善沥青路面高温抗车辙变形能力。混合料高温变形主要是由于矿料间的相对滑移引起，而纤维对沥青的稳定作用可对这种滑移起到有效的阻碍和约束作用，从而增强了矿质骨科的相对稳定性，减小了剪切变形和竖向变形。
2、抗变形能力明显增强
通过路面弯沉测试掺加玄武岩纤维的沥青路面较普通沥青混凝土路面的弹性变形恢复能力得到明显提高加之玄武岩纤维的耐低温性能 从而在很大程度上提高了路面的抗裂能力。
3、路面的耐久性增强
玄武岩纤维是一种硅酸盐材料，它与沥青有很好的表面亲和力，且纤维表面呈毛绒状， 极易吸附沥青，可形成结合力牢固的结构沥青界面层 ，使包裹在石料表面的沥青油膜厚度增加， 从而改善沥青路面的抗氧化性能， 大幅度提高沥青路面的抗疲劳性能和抗老化性。
4、有较好的化学稳定性
玄武岩纤维是一种无机非金属材料 ，具有高耐腐蚀性和高化学稳定性 ，与沥青之间不发生任何化学反应因此各种材料的化学性能不会发生任何变化。
5、使沥青混合料表现出较好的水稳性
玄武岩纤维由于吸水率低，加入沥青混凝土中，矿料表面有效沥青膜厚度均有所增厚，从而有效阻止了水对沥青及矿料界面的渗透 ，而且在纤维的表面吸附作用下，沥青中的轻质成份多吸附在纤维表面， 而使沥青变稠 ，从而进一步增加了沥青与矿料间的粘结力。
6、高强度的加筋抗拉伸作用
沥青混凝土掺加玄武岩纤维后，可大幅度提高沥青混合料的抗拉强度及韧性。短切玄武岩纤维在沥青中相互搭接，形成桥接纤维网络，均匀分布的纤维通过“加筋”作用， 使路面上传递的荷载转移， 及时地分散到矿质骨科和沥青胶砂中， 使得荷载分布扩散更加均匀， 从而提高了混合料的整体强度 ，大大提高了抗车辙能力。
