胡 東，于 冰，田澤宇

(1．張承高速公路張家口管理處，河北 張家口 075000;2．石家莊市交通運輸局，河北 石家莊 050000;3．河北省高速公路京衡管理處，河北 衡水 053000)

本研究通過極限彎曲試驗和課題組自行設(shè)計的直剪試驗測定無纖維布、聚酯玻纖布和聚酯玄武巖纖維無紡布瀝青混合料的抗彎拉強度、抗彎拉應變和抗剪切強度，對比分析聚酯玄武巖纖維無紡布對瀝青混凝土的加筋作用。

1 極限彎曲試驗

極限彎曲試驗是在UTM－25，溫度為15℃，加載速度為50mm/min下測定瀝青混合料小梁試件彎曲破壞的力學性能。試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 極限彎曲試驗結(jié)果

由圖1可知，貼布的小梁試件具有較高的抗彎拉強度、彎拉應變，較小的勁度模量。與聚酯玻纖布相比，粘貼聚酯玄武巖纖維無紡布的小梁試件的最大彎拉應變和抗彎拉強度有所增加。粘貼聚酯玄武巖纖維無紡布后，小梁試件破壞時間明顯滯后，在達到設(shè)置的最大變形后，試件裂縫很小，纖維布沒有變化。由此可知，聚酯玄武巖纖維無紡布具有較好的加筋作用，可以減緩裂縫的產(chǎn)生，增強瀝青混凝土的韌性。

2 直剪試驗

2．1 試驗依據(jù)

AF．Braham博士和William Buttlar教授針對反射裂縫的研究成果表明，當裂縫垂直向上發(fā)展時，瀝青面層屬于“剪切”破壞模式，而裂縫斜向上發(fā)展是“彎拉”和“剪切”復合作用的結(jié)果，見圖2。課題組于2008—2009年進行了大量剪切試驗，試件破壞路徑基本上是垂直向上發(fā)展的，表明直剪試驗可以很好地模擬“剪切”的受力特性。

圖2 裂縫發(fā)展成因解析

2．2 試驗方法

以標準應力環(huán)為傳力裝置，通過對UTM軸向加載，應力環(huán)產(chǎn)生變形并向瀝青混合料試件傳遞垂直荷載直至破壞，如圖3所示。按《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》以最佳油石比成型標準車轍板，噴灑一定量的熱瀝青，粘貼纖維布，按照試驗尺寸割鋸10cm×10cm×5cm的試件(誤差在±0．2cm以內(nèi))，在室溫中放置24h。將試件和試驗設(shè)備一起放置于15℃UTM環(huán)境箱中保溫3h以上，考慮瀝青混合料的性能與加載速度的密切關(guān)系，參考小梁低溫彎曲試驗和常溫劈裂試驗，選擇20mm/min加載速率。采用UTM的數(shù)據(jù)采集設(shè)備自動采集荷載和位移數(shù)據(jù)，計算試件的破壞應變、剪切強度和剪切應變能密度。

圖3 直剪試驗加載及裝置圖

2．3 試驗結(jié)果及分析

表1 直剪試驗結(jié)果

聚酯玄武巖纖維布復合瀝青混合料試件具有較高的直剪強度、破壞應變和剪切應變能密度，較大的抗剪切變形能力，發(fā)生剪切破壞時間較晚。試驗表明，聚酯玄武巖纖維無紡布可以提高瀝青混合料的抗剪切破壞的能力，延緩裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，可以增強混合料的抗裂能力。

3 裂縫反射疲勞試驗

目前我國罩面技術(shù)通常的維修方法是在原來裂縫路面上加鋪瀝青罩面層，但是使用一段時間后，原有裂縫會很快反射到新鋪的瀝青面層上形成反射裂縫，罩面層承載力迅速下降至疲勞破壞。鑒于反射裂縫發(fā)生的實際情況，本研究設(shè)計了評價加鋪聚酯玄武巖纖維無紡布后復合瀝青混合料的裂縫反射疲勞試驗。對加鋪聚酯玄武巖纖維無紡布、聚酯玻纖布及不貼布的三種類型混合料進行試驗，選用低、中、高三個應變水平，每個應變水平進行3個平行試件，加載方式為三分點加載，試驗溫度為15℃。

圖4 彎曲疲勞試驗模型(a)、試驗裝置(b)

以勁度模量為初始勁度模量一半為破壞標準，試驗結(jié)果見圖5所示。

圖5 應力水平與疲勞壽命關(guān)系

由上圖可知，鋪設(shè)土工布后，混合料的抗反射裂縫的疲勞壽命明顯延長，壽命增長幅度隨應變水平提高越發(fā)顯著，不同應變下的疲勞壽命長短順序為聚酯玄武巖纖維布＞聚酯玻纖布＞不貼布。試驗結(jié)果表明，纖維布具有高強度、高韌性和較好的延展性，與瀝青粘層油形成應力吸收膜，在面層與基層或罩面層與舊路面間構(gòu)成緩沖層，避免應力集中和上下層間的部分相對位移，從而減小層間內(nèi)應力，抑制并減緩裂縫發(fā)展，延長路面使用壽命。

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