羅歡

摘 要：本文研究了纖維瀝青混凝土在工程師的性能試驗(yàn)，介紹了纖維量的影響，瀝青混合料高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)、水溫度試驗(yàn)等內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：纖維；瀝青；混凝土

隨著我國(guó)公路交通事業(yè)的發(fā)展及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，道路上交通流量的增大，軸載的加重以及渠化交通等成為現(xiàn)代交通的顯著特點(diǎn)，也成為公路發(fā)展的必然趨勢(shì)。這種趨勢(shì)對(duì)路面性能提出了更高的要求，如高速、安全、舒適、耐久等。由于水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)與材料耐久性不足或施工與養(yǎng)護(hù)質(zhì)量控制不佳，導(dǎo)致水泥面板容易開(kāi)裂、斷板、錯(cuò)臺(tái)、沉陷等。為了滿足交通運(yùn)輸日益發(fā)展的需要，提高道路服務(wù)水平，對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行加鋪改造已經(jīng)成為我國(guó)公路建設(shè)面臨的一項(xiàng)迫切任務(wù)！

1 纖維用量的影響

由于纖維的加入如同礦粉一樣，需要有更多瀝青包裹在纖維的表面，纖維越多，其總比表面積越大，其表面吸附瀝青也越多。但當(dāng)纖維用量過(guò)高時(shí)，纖維在瀝青混凝土中的分散性將受到限制，會(huì)產(chǎn)生結(jié)團(tuán)成束現(xiàn)象，使其總比表面積不增加或增加不大，故混合料的最佳瀝青用量也不再增加。 由此可見(jiàn)，纖維的加入并非越多越好，應(yīng)視其分散性而定。

纖維的相對(duì)密度要比礦質(zhì)集料的小，一般小于1. 49體積較疏松。纖維加入混合料后要占用一定的空間，且纖維有一定的彈性效應(yīng)，在相同的擊（ 壓） 實(shí)功作用下，纖維瀝青混凝土的密實(shí)過(guò)程相對(duì)要困難些，從而使纖維瀝青混凝土的密度下降，且纖維用量越高，密度越低。因此，施工中應(yīng)通過(guò)提高壓實(shí)功能或壓實(shí)遍數(shù)以滿足纖維瀝青混凝土的壓實(shí)度要求。正因?yàn)槔w維瀝青混凝土的密度有所下降，纖維要占據(jù)一定的空間，密實(shí)過(guò)程受到一定的限制，使其空隙率有所增大。同時(shí)，瀝青所占的體積百分比增加，因而礦料間隙率VMA 也將增大。

從復(fù)合材料角度看，宏觀上纖維瀝青混凝土是連續(xù)的。但從微觀角度看又是不連續(xù)且非均質(zhì)的，因而纖維加入后，往往在其分散性受到限制時(shí)，結(jié)團(tuán)成束的纖維會(huì)成為混合料中的“強(qiáng)度弱點(diǎn)”，引起強(qiáng)度不均勻，有使混合料強(qiáng)度下降的趨勢(shì)。 同時(shí)，纖維在混合料中又有不同程度的橋接加筋作用，并提高了瀝青與礦料間的界面強(qiáng)度，使混合料整體強(qiáng)度有所提高。因此，纖維瀝青混凝土的強(qiáng)度值應(yīng)視其加強(qiáng)與減弱作用的綜合情況而定。故在較低用量時(shí)，纖維混合料的穩(wěn)定度增大，但纖維用量太高，分散性下降，強(qiáng)度削弱，反而使混合料的穩(wěn)定度值降低。

2 瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)

由于瀝青混凝土路面的強(qiáng)度和剛度（ 模量）隨溫度升高而顯著下降，為了保證瀝青混凝土鋪裝層在高溫季節(jié)行車荷載反復(fù)作用下，不至于產(chǎn)生諸如波浪推移、 車轍和擁包等病害，鋪裝層應(yīng)具有良好的高溫穩(wěn)定性，即在荷載的作用下具有抵抗永久變形的能力。車轍試驗(yàn)因能較好地反映車轍的形成過(guò)程，得到世界各國(guó)的廣泛認(rèn)可與采用。加入纖維后，瀝青混合料的抗車轍性能得到改善。這是因?yàn)檐囖H的形成主要是由于試驗(yàn)初期瀝青混合料本身的壓密，以及隨后瀝青混合料的側(cè)向流動(dòng)變形。加入纖維與未加纖維對(duì)混合料的初期壓密變形影響不大，但是對(duì)后期的側(cè)向流動(dòng)變形有較大的影響。加入纖維后，纖維吸附及穩(wěn)定瀝青，使瀝青的粘稠度和粘聚力增大，同時(shí)由于縱橫交錯(cuò)的纖維加筋作用，使瀝青混合料的整體性、抗剪性及抗車轍能力增強(qiáng)。從動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果可以看出，纖維可顯著改善瀝青混合料的高溫抗車轍性能。

3.瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)

瀝青混凝土鋪裝層中若有水分存在， 則在汽車車輪動(dòng)態(tài)荷載的作用下， 進(jìn)入路面空隙中的水會(huì)不斷產(chǎn)生動(dòng)水壓力及真空負(fù)壓抽吸的反復(fù)循環(huán)作用， 進(jìn)入到瀝青面層空隙里的水對(duì)瀝青混合料引起沖刷和侵蝕，瀝青的粘附性下降，使瀝青膜從礦料表面脫落，從而使瀝青路面產(chǎn)生坑槽、松散、推擠變形等損壞。使瀝青粘附性降低并逐漸喪失粘結(jié)力。本次試驗(yàn)采用了浸水馬歇爾試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明：加入纖維對(duì)瀝青混合料的水穩(wěn)性有一定的改善作用， 且纖維對(duì)普通瀝青混合料的改善作用相對(duì)較大。

瀝青路面使用期間在氣溫環(huán)境影響下經(jīng)受車輪荷載的反復(fù)作用，長(zhǎng)期處于應(yīng)力應(yīng)變交迭變化狀態(tài)，致使路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐漸下降。當(dāng)荷載重復(fù)超過(guò)一定次數(shù)后，在荷載的作用下路面內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力就會(huì)超過(guò)強(qiáng)度下降后的結(jié)構(gòu)抵抗力，使路面出現(xiàn)裂紋，最終產(chǎn)生疲勞斷裂破壞。本文采用控制應(yīng)力的重復(fù)加載來(lái)作為試驗(yàn)手段，首先對(duì)普通和纖維瀝青混合料材料進(jìn)行劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，在保持應(yīng)力不變的情況下，重復(fù)加載相同的控制應(yīng)力，以使瀝青材料出現(xiàn)疲勞斷裂為標(biāo)準(zhǔn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明：使普通瀝青材料試件破壞非常明顯的控制應(yīng)力并未使加入纖維的瀝青混合料試件完全斷裂， 加入纖維對(duì)普通瀝青混合料的抗疲勞壽命明顯增加。

4 纖維瀝青混合料的力學(xué)性能研究

4.1 瀝青混合料抗剪試驗(yàn)

本試驗(yàn)采用沉錘法測(cè)定熱拌瀝青混合料在25 ℃下的抗剪強(qiáng)度和破壞勁度模量。

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出， 纖維在瀝青中更容易形成很強(qiáng)的橋接和加筋作用，同時(shí)瀝青被纖維吸附后，使原瀝青的粘度增大，故纖維瀝青的抗剪強(qiáng)度增大。

4.2 瀝青混合料單軸壓縮試驗(yàn)

本文測(cè)定瀝青混合料在25 ℃條件下的抗壓強(qiáng)度和抗壓回彈模量。

試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1） 鋪裝上層瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度有了明顯提高， 而抗壓回彈模量卻降低了， 說(shuō)明加入聚合物有機(jī)纖維后， 瀝青混合料的柔韌性增加了；

（2） 瀝青混合料中摻加纖維后， 無(wú)論是普通瀝青混合料還是改性瀝青混合料， 抗壓性能都有所改善，但對(duì)普通瀝青混合料抗壓性能的改善作用更明顯。

4.3 劈裂試驗(yàn)

瀝青路面開(kāi)裂包括低溫縮裂以及面層底部在重復(fù)荷載下導(dǎo)致的疲勞開(kāi)裂，因此，瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度和應(yīng)力松弛能力是影響抗裂能力的兩個(gè)方面。評(píng)價(jià)瀝青低溫性能的試驗(yàn)方法較多，如直接拉伸試驗(yàn)、間接拉伸試驗(yàn)（劈裂試驗(yàn)）、小梁彎曲試驗(yàn)、收縮系數(shù)試驗(yàn)、應(yīng)力松弛試驗(yàn)等。其中劈裂試驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，測(cè)試方便，應(yīng)用較廣。本試驗(yàn)分別采用了15℃和一l0℃兩種試驗(yàn)溫度，評(píng)價(jià)其在常溫和低溫環(huán)境下的抗裂性能。

試驗(yàn)試件由馬歇爾擊實(shí)儀成型得到的圓柱體試件，其中15℃時(shí)的加載速度為50 mm/min，在劈裂試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試。由于應(yīng)變傳感器故障，未采集到試件的變形，因此，計(jì)算中只得到了混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度，而未得到它的劈裂模量。一10℃時(shí)的加載速度為1 mm/min，在MTS上測(cè)試，既測(cè)到了混合料的劈裂強(qiáng)度，又測(cè)到了它的劈裂模量。

在常溫下，纖維瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度有所提高，體現(xiàn)了纖維在混合料中的加筋作用；在低溫下，纖維瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度基本不變或稍有增加，而劈裂模量較普通瀝青混合料的低，說(shuō)明了纖維在低溫下對(duì)混合料起到增韌作用。從常溫和低溫的劈裂強(qiáng)度和劈裂模量來(lái)看，以F1纖維對(duì)瀝青混合料性能的改善效果最好，常溫下的劈裂強(qiáng)度提高12.4%，低溫下的劈裂模量降低23.9%。可纖維品種不同，其對(duì)瀝青混合料的加筋增韌效果也不一樣。

5 結(jié)束語(yǔ)

在瀝青混凝土中加入纖維后，分散性好的纖維不僅可以提高混合料的壓實(shí)度，而且纖維在混合料中的橋聯(lián)加筋作用使高溫穩(wěn)定性能具有較大的改善，馬歇爾穩(wěn)定度可提高18%左右。常溫和低溫劈裂試驗(yàn)表明，加入纖維后，其加筋作用通過(guò)常溫劈裂強(qiáng)度和低溫劈裂模量反映出來(lái)。以Fl纖維為例，常溫下的劈裂強(qiáng)度提高12.4%，低溫下劈裂模量降低23.9%，可見(jiàn)纖維的增強(qiáng)增韌效果比較明顯。其改善效果隨纖維品種不同而有所變化。

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