□文 /暴英波

水泥穩(wěn)定碎石憑借自身優(yōu)越的性能成為道路施工中首選基層材料；但隨著該材料被廣泛應(yīng)用，其自身存在的缺陷亦逐步顯露出來(lái)，如收縮裂縫等。纖維增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石，成為改善其缺陷的一種有效方式。

1 國(guó)外對(duì)纖維增強(qiáng)水泥基材料的研究

20世紀(jì)初，就有美國(guó)學(xué)者提出將鋼纖維較為均勻地撒在混凝土中以強(qiáng)化材料性能的設(shè)想[1]。20世紀(jì)中葉，隨著工業(yè)合成材料的發(fā)展，多位國(guó)外專家[2]對(duì)混凝土中按體積比摻加0.5%聚丙烯纖維后的性能進(jìn)行的試驗(yàn)研究，提出了使用加入聚丙烯纖維的混凝土建造美國(guó)工兵部隊(duì)的防爆設(shè)施的建議。隨后，F(xiàn)ilho等[3]又對(duì)聚丙烯增強(qiáng)水泥砂漿的性能進(jìn)行了研究，結(jié)果顯示在一定程度上聚丙烯減少了砂漿的收縮，對(duì)其具有改善作用。Dias等[4]對(duì)玄武巖纖維增強(qiáng)混凝土的破壞特征進(jìn)行了全面的試驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)，玄武巖纖維混凝土中纖維的摻量變化對(duì)混凝土的破壞表現(xiàn)出明顯的延性特征且使得混凝土的撓度和斷裂韌性具有所提高。2015年，美國(guó)學(xué)者Cory High等[5]對(duì)短切玄武巖纖維增強(qiáng)混凝土的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，研究分析后發(fā)現(xiàn)，短切玄武巖纖維對(duì)混凝土材料的抗壓強(qiáng)度影響較小，但能有效提高混凝土梁的彎曲回彈模量值。2016年，Mehmet Emin Arslan[6]對(duì)混凝土分別摻加不同含量的玄武巖纖維和玻璃纖維，研究纖維增強(qiáng)混凝土的斷裂行為；結(jié)果顯示，玄武巖纖維增強(qiáng)混凝土和玻璃纖維增強(qiáng)混凝土試驗(yàn)試件的劈裂強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的變化與纖維摻量的變化具有相同趨勢(shì)，但當(dāng)纖維摻量超過(guò)一定閾值后，混凝土的抗折強(qiáng)度有所下降，摻加纖維的含量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度值和回彈模量影響作用較小。

2 國(guó)內(nèi)對(duì)纖維增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石性能的研究

國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)不同種類纖維對(duì)水泥穩(wěn)定碎石的性能改善情況展開(kāi)了相關(guān)研究。2003年，王海波[1]對(duì)聚乙烯醇纖維的摻入對(duì)水泥砂漿的力學(xué)性能開(kāi)展了一系列的探索，發(fā)現(xiàn)纖維對(duì)水泥砂漿的抗拉強(qiáng)度、抗沖擊性能以及抗裂阻裂性能均有明顯的改善，但對(duì)抗壓強(qiáng)度有所降低。同年，楊紅輝等[7]通過(guò)膨脹劑和聚丙烯纖維改善水泥穩(wěn)定碎石，研究其抗裂性能的變化，得出膨脹劑和聚丙烯纖維混入到水泥穩(wěn)定碎石中，不但對(duì)原水泥穩(wěn)定碎石材料的抗壓強(qiáng)度和整體剛度具有改良作用并且可以有效抑制原水泥穩(wěn)定碎石材料的早期收縮裂縫。2007年，馬銀華等[8]對(duì)采用聚丙烯纖維增強(qiáng)的水泥穩(wěn)定碎石彎曲特性進(jìn)行了全面的試驗(yàn)探究，最終認(rèn)為選擇合適的聚丙烯纖維與水泥穩(wěn)定碎石混合可增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石材料的韌性、抗裂性以及持荷變形能力。2014年，X TZhang等[9]采用聚酯纖維改善水泥穩(wěn)定碎石的路用性能，分析其抗裂性能的變化，發(fā)現(xiàn)摻加聚酯纖維的水泥穩(wěn)定碎石強(qiáng)度可滿足各等級(jí)公路的施工要求且影響其強(qiáng)度的因素由大到小的順序依次為：膠結(jié)料水泥和粉煤灰、聚酯纖維、瀝青混合料回收料。2015年，李廣強(qiáng)[10]采用超纖維（一種纖維素）增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石，認(rèn)為摻加超纖維的水泥穩(wěn)定碎石在強(qiáng)度、剛度以及抗裂性等方面具有顯著提高。2015年，Z Liu[11]針對(duì)水泥穩(wěn)定碎石摻加聚酯纖維的工程性能進(jìn)行了全面試驗(yàn)分析，通過(guò)對(duì)比纖維水泥穩(wěn)定碎石材料的失水量、收縮系數(shù)、抗壓強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度和抗壓回彈模量來(lái)研究該復(fù)合材料隨養(yǎng)護(hù)齡期和纖維含量變化的收縮性能和力學(xué)性能，進(jìn)而提出聚酯纖維的最優(yōu)體積摻量為0.7‰。2016年，賀亞飛[12]首次將聚乙烯醇纖維（PVA）應(yīng)用到水泥穩(wěn)定碎石中并對(duì)其力學(xué)性能和抗裂性能進(jìn)行深入研究，得出PVA可使得水泥穩(wěn)定碎石的抗壓、劈裂和彎拉等方面的強(qiáng)度以及阻裂方面性能改善且存在差異性，而對(duì)收縮性能影響不一的結(jié)論。

3 纖維增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石材料性能的機(jī)理分析

目前，用于增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石的纖維樣式多種多樣，性能差異較大。但從根本上分析，纖維增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石材料的性能改善機(jī)理大致相同。當(dāng)下，適用于纖維增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石的性能內(nèi)部機(jī)理解釋的理論主要以復(fù)合材料力學(xué)理論為主，該理論將纖維和水泥穩(wěn)定碎石看作一種復(fù)合材料。

復(fù)合材料理論是將由多種單一材料相結(jié)合或混合起來(lái)所構(gòu)成的整體材料看作一個(gè)多相材料系統(tǒng)，各單一材料為單一相并認(rèn)為其系統(tǒng)整體性能值是各相單一性能的疊加值。由于水泥穩(wěn)定碎石材料的主要組成部分有粗細(xì)集料、水泥，則該材料從本質(zhì)上說(shuō)也是一種復(fù)合材料，也可將其看作一種簡(jiǎn)易的混凝土。在實(shí)際應(yīng)用中，由于材料組成、施工技術(shù)等原因，生產(chǎn)的水泥穩(wěn)定碎石材料屬于非均質(zhì)材料。這就導(dǎo)致水泥穩(wěn)定碎石基層在承受彎拉應(yīng)力作用時(shí)，在應(yīng)力方向材料截面各點(diǎn)受力并不是均勻的，存在且分布著不規(guī)則的應(yīng)力集中點(diǎn)和受力薄弱區(qū)，這些部位率先達(dá)到材料的抗拉強(qiáng)度極限，從而引起局部的塑性變形。此時(shí)倘若缺少其他材料（例如纖維等）加筋進(jìn)行約束，裂縫就會(huì)擴(kuò)展。如果在水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)部摻入適當(dāng)?shù)募?xì)長(zhǎng)狀材料（例如纖維等），則可在一定程度上約束材料的塑性變形，從而可分擔(dān)其部分內(nèi)部應(yīng)力，宏觀表現(xiàn)為延緩或者減少水泥穩(wěn)定碎石材料的裂縫，即提高了水泥穩(wěn)定碎石材料的抗拉強(qiáng)度極限[13]。

4 展望

1）對(duì)于纖維增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石的性能研究大都為室內(nèi)試驗(yàn)成型試件，使得的試驗(yàn)結(jié)果與工程應(yīng)用中的實(shí)際狀態(tài)存在差異。因此，需要對(duì)大尺度試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法進(jìn)行擴(kuò)大研究。

2）在水泥穩(wěn)定碎石的諸多性能中，抗疲勞性是一項(xiàng)重要特征指標(biāo)。但目前，關(guān)于纖維增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石材料的性能研究主要集中在力學(xué)性能，對(duì)于耐久性以及疲勞性能的研究有待深入。

3）當(dāng)下，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用，但如何判斷纖維是否在復(fù)合材料中均勻分布以及纖維在復(fù)合材料中的均勻性評(píng)價(jià)仍是研究的難點(diǎn)。因此，找到使纖維均勻分布在水泥穩(wěn)定碎石中的施工工藝和均勻性評(píng)價(jià)，對(duì)纖維在工程中應(yīng)用具有重大意義。