为了分析掺加BFCS对环氧沥青结合料性能的影响，进行黏度试验和拉伸试验，考察在不同BFCS掺量下改性环氧沥青容留时间和拉伸性能的变化。

研究采用国产环氧沥青，其A组分为环氧树脂，B组分为沥青、固化剂及其他添加剂的混合物。BFCS的具体技术指标如表 1所示。制备BFCS改性环氧沥青的具体方法如下：

(1)根据A，B两组分的掺配比例，分别计算出试验需要A，B组分的质量，同时按2%，4%，6%，8%和10%的质量分数(BFCS与环氧沥青的质量之比)计算出所需的BFCS质量；

(2)称取一定质量的A组分和B组分分别加热至87 ℃和130 ℃，将A，B组分充分混合后，将BFCS从120 ℃烘箱中取出并加入到环氧沥青结合料中，在120 ℃下充分搅拌1 min制成BFCS改性环氧沥青结合料。

环氧沥青混合料是热固性材料，在固化剂与环氧树脂混合后，须在规定时间内完成拌和、运输、摊铺和碾压全过程，否则混合料一旦固化将无法压实。环氧沥青的容留时间是确定环氧沥青混合料施工工艺的重要指标^[7]。环氧沥青容留时间的上下限一般采用黏度试验来确定，对于其控制指标，近年来有一些学者进行了深入的研究。陈先华等^[8]根据环氧沥青混合料马歇尔稳定度与混合料拌和物保温时间的关系，推算出最佳击实效果时其黏度为2.70~3.50 Pa·s。罗桑等^[9]通过研究，建议环氧沥青混合料允许施工的黏度值为1.00~3.00 Pa·s。本研究中BFCS改性环氧沥青以黏度达到1.00 Pa·s为控制下限，3.00 Pa·s为控制上限，确定不同BFCS掺量下的改性环氧沥青施工容留时间。

黏度试验按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)T0625—2011进行。采用Brookfield DV-II型旋转黏度计(选用27^#转子，转速为100 r/min)，在120 ℃条件下，对0%(即普通环氧沥青)，2%，4%，6%，8%，10%BFCS掺量下改性环氧沥青的容留时间进行试验研究，试验结果如表 2所示。

由表 2可知，随着BFCS掺量的增加，改性环氧沥青容留时间越来越短。可以预见，若BFCS掺量继续增加，则改性环氧沥青的容留时间会更短，而BFCS掺量为10%的改性环氧沥青最短容留时间低于40 min，不满足技术要求，因此不再对8%以上BFCS掺量改性环氧沥青进行研究。下文将对2%，4%，6%，8%掺量BFCS改性环氧沥青作进一步研究。

1.3 BFCS改性环氧沥青拉伸性能研究

本研究参照美国ASTM D638标准，在23 ℃条件下，采用专用拉力试验机对哑铃形状的环氧沥青试件进行试验，试验测得的主要指标为抗拉强度和破坏时的断裂延伸率，试验结果标准值参考文献^[10]。每组6个试件。不同BFCS掺量下改性环氧沥青拉伸试验结果见表 3。

由表 3可知，当BFCS掺量不大于6%时，改性环氧沥青的断裂延伸率和抗拉强度均有所提高，2%，4%和6%BFCS掺量改性环氧沥青的抗拉强度分别比普通环氧沥青提高3.0%，4.2%和9.7%，断裂延伸率分别比普通环氧沥青提高5.6%，9.3%和9.3%，显示出了较好的变形能力和强度性能。8%BFCS掺量改性环氧沥青的抗拉强度和断裂延伸率已经低于普通环氧沥青，下文将对2%，4%，6%掺量下BFCS改性环氧沥青做进一步混合料性能研究。

选取最大公称粒径为13.2 mm 的玄武岩为集料，其主要技术指标参考环氧沥青混合料的研究成果^[11]，本研究的级配设计见表 4。

采用马歇尔试验确定BFCS改性环氧沥青混合料的最佳油石比。环氧沥青中BFCS的掺量分别为0%，2%，4%和6%。参照《公路沥青施工技术规范》(JTG F40—2004)进行试验。最佳油石比以及不同BFCS掺量试件的马歇尔试验结果见表 5。

由表 5可知，0%，2%，4%和6%BFCS掺量下改性环氧沥青混合料最佳油石比分别为6.6%，6.8%，6.9%和7.2%，最佳油石比随着BFCS掺量的提高而增大。改性环氧沥青混合料的马歇尔稳定度在掺加BFCS后均有不同程度的提高。

3 BFCS改性环氧沥青混合料高低温性能试验研究

本节主要研究BFCS改性环氧沥青混合料的高温稳定性以及低温抗裂性和变形特性，且均与不添加BFCS的普通环氧沥青混合料进行了对比分析。

试验温度为60 ℃，每组3个试件，试验结果见表 6。掺加BFCS后，改性环氧沥青混合料仍然保持了环氧沥青混合料优良的高温抗车辙能力，60 min累积变形均维持在1 mm以下，而动稳定度几乎为无穷大。

采用小梁三点弯曲低温试验评价BFCS改性环氧沥青混合料的抗弯拉强度和变形能力，探究其低温抗裂性能^[12]。试验在-10 ℃条件下进行，采用车辙试验板切割成250 mm×30 mm×35 mm的小梁试件，试验在万能材料试验机(UTM)上进行。结果如图 1所示。

图 1 -10 ℃下BFCS改性环氧沥青混合料低温弯曲试验结果 Fig. 1 Bending beam test result of BFCS modified epoxy asphalt mixture at -10 ℃

图选项

由图 1(a)可知，掺加BFCS会提高环氧沥青混合料的低温强度和抗弯拉性能，当BFCS掺量为4%时，改性环氧沥青混合料的抗弯拉强度达到46.8 MPa，比普通环氧沥青混合料的抗弯拉强度提高了22.5%。由图 1(b)可知，掺加BFCS能够有效地提高环氧沥青混合料低温下承受荷载时的变形能力，当BFCS掺量为4%时，改性环氧沥青混合料的最大弯拉应变达到4.385×10^-3，比普通环氧沥青混合料的最大弯拉应变提高了18.9%。由图 1(c)可知，掺加BFCS会提高环氧沥青混合料的弯曲劲度模量，当BFCS掺量为6%时，改性环氧沥青混合料的弯曲劲度模量达到10 875.1 MPa，比普通环氧沥青混合料的弯曲劲度模量提高了6.5%。

掺加BFCS会提高环氧沥青混合料的低温强度和抗弯拉性能，究其原因，一方面是纤维的掺入增加了最佳沥青用量，进而提高了环氧沥青混合料的抗弯拉强度及其应力松弛特性；另一方面纤维本身对环氧沥青混合料起到了加筋与增韧作用，当环氧沥青混合料在外力作用下产生裂缝时，纵横分布的纤维在裂缝尖端处起到了桥接及分担应力的作用，从而有效阻止了裂缝的产生和发展。

强度和变形是材料的两个重要参数，以弯曲应变能密度临界值作为沥青混合料抗弯拉性能的评价指标，可以弥补用抗弯拉强度和临界弯拉应变作为评价指标的单一性^{[13, 14]}。弯曲应变能密度临界值可解释为应力达到最大值以前应力应变曲线下方的包络面积，可以通过小梁弯曲试验测定^[15]，通过对试验过程中试验机采集的荷载、位移数据进行处理分析，并用Matlab求解小梁断裂时实际应力-应变关系曲线下的面积作为弯曲应变能密度临界值，结果如图 2所示。

图 2 弯曲应变能密度临界值结果 Fig. 2 Result of bending strain energy density threshold

图选项

由图 2知，随着BFCS掺量的增加，BFCS改性环氧沥青混合料的弯曲应变能密度临界值先提高后降低。当BFCS掺量为4%时，弯曲应变能密度临界值达到0.096 26 MPa，比普通环氧沥青混合料提高47.1%，表现出较高的低温强度和较好的低温变形能力。

4 结论

本文对短切玄武岩纤维(BFCS)改性环氧沥青及其混合料高低温性能开展试验研究，研究结论如下：

(1)掺加BFCS之后的改性环氧沥青的容留时间会缩短，BFCS掺量越高，容留时间越短，但2%和4%掺量环氧沥青的最长容留时间仍可以达到80 min 和76 min(120 ℃)，可以满足施工需求。

(2)当BFCS掺量不大于6%时，改性环氧沥青的断裂延伸率和抗拉强度均有所提高，其中2%和4%BFCS掺量改性环氧沥青的抗拉强度分别比普通环氧沥青提高3.0%和4.2%，断裂延伸率分别比普通环氧沥青提高5.6%和9.3%，BFCS改善了环氧沥青的变形能力和强度性能。

(3)0%，2%，4%和6%BFCS掺量下改性环氧沥青混合料最佳油石比分别为6.6%，6.8%，6.9%和7.2%，最佳油石比随着BFCS掺量的提高而增大。

(4)添加BFCS后，改性环氧沥青混合料60 ℃车辙试验的60 min累积变形均在1 mm以下，而动稳定度几乎为无穷大，表明其高温稳定性能良好。

(5)与普通环氧沥青混合料相比，4%BFCS掺量的改性环氧沥青混合料的抗弯拉强度、最大弯拉应变和弯曲应变能密度临界值分别提高22.5%,18.9%和47.1%，表现出较高的低温强度和较好的低温变形能力。

BFCS最优掺加量以及BFCS改性环氧沥青混合料其他路用性能尚待进一步试验研究。