纖維瀝青應力吸收層組成材料及粘結性能實驗研究

陳國強+姚吉虹

【摘要】對纖維瀝青應力吸收層組成材料及粘結性能進行研究，通過正交設計法進行試驗設計，采用剪切試驗得到剪切強度和拉拔試驗得到粘結強度兩個指標來評價夾層材料粘結性能，分析纖維瀝青應力吸收層達到最佳粘結性能時組成材料的最佳用量，通過極差分析，得到對粘結性能影響為：纖維長度影響最大，改性乳化瀝青用量次之，纖維用量影響最小。

【關鍵詞】纖維瀝青;應力吸收層;組成材料;粘結性能

Fiber asphalt stress absorbing layer material on the composition and bonding properties

Chen Guo-qiang1，Yao Ji-hong2

（1.Pingdingshan Highway AdministrationPingdingshanHenan467000;

2.Pingdingshan Highway Administration Center LaboratoryPingdingshanHenan467000）

【Abstract】Fiber asphalt stress absorbing layers of material and bonding properties were studied by orthogonal experiment design method， using shear test shear strength and pull-out tests to get to get the two indicators to evaluate the bond strength adhesive interlayer material properties analysis of the best when the amount of fiber asphalt stress absorbing layer to achieve the best bonding properties of the constituent materials， through poor analysis， the impact on the bond performance is： the greatest impact on the fiber length， the amount of modified asphalt emulsion， followed by the amount of the impact of fiber Min.

【Key words】Fiber asphalt;Stress absorbing layer;The constituent materials;Bonding properties

1. 引言

（1）通過對纖維瀝青應力吸收層在路面結構中關鍵功能的分析可知，應力吸收層是處在基層與下面層之間的功能層，為使其路用性能得到更好的發揮，纖維瀝青應力吸收層應該能夠改善基層與下面層之間的粘結狀態，并且可以在一定程度上防止基層裂縫反射到面層，防止進入面層的水分沖刷基層[1]。

（2）由于纖維瀝青應力吸收層較薄，層間易發生推移和擁包，層間的粘結性能顯得尤為重要。本文采用斜剪試驗和拉拔試驗來研究纖維瀝青應力吸收層組成材料的最佳用量，在室內通過現有的試驗手段定量分析新舊瀝青面層間強度特性，主要通過斜剪試驗的剪切強度指標和拉拔試驗的粘結強度指標來評價界面層間的粘結性能[2]。斜剪試驗的目的是為了檢驗粘結層抵抗行車荷載在水平力作用下產生剪切應力的能力，拉拔實驗是一種改進的間接拉伸法，其優點是能較好反映修補的真實情況，適合現場測試。如果新舊瀝青面層間結結好，則兩層瀝青層間的剪切強度和粘結強度應較高，用試驗測出具體的強度數據，則可以評價層間粘結效果的好壞。

2. 粘結性性能試驗設計

采用正交試驗法對纖維瀝青應力吸收中間層組成材料改性乳化瀝青用量、無堿玻璃纖維用量和長度進行優化設計，使其具

備最佳粘結性能。本文選取斜剪試驗的剪切強度和拉拔試驗的粘結強度作為評價指標。

2.1影響因素及因素水平選擇。

本研究選取A（無堿玻璃纖維用量）、B（無堿玻璃纖維長度）、C（改性乳化瀝青用量）為影響因素。針對各影響因素，相應選取不同的因素水平，無堿玻

璃纖維用量選取80g·m-2，120 g·m-2， 160 g·m-2， 200 g·m-2，無堿玻璃纖維長度選取0-2cm，2-4cm，4-6cm，6-8cm，改性乳化瀝青的用量為0.4 Kg ·m-2，0.8 Kg·m-2，1.2 Kg·m-2，1.5 Kg·m-2，見下表1。

2.2正交表選取。

（1）纖維瀝青應力吸收層由改性乳化瀝青和無堿玻璃纖維組成，影響其粘結性能的主要因素是改性乳化瀝青的用量、無堿玻璃纖維用量和無堿玻璃纖維長度，故本文選擇這三個為因素[3]，各因素選擇四個水平，通過16次試驗來完成正交設計。由于剪切試驗和拉拔試驗都不是常規試驗，每一組試驗進行平行重復試驗3次，本文暫不考慮誤差因素。

（2）通過正交試驗設計的基本方法，進行試驗方案的表頭設計和水平翻譯，制得正交試驗方案表（見表2所示），并按試驗方案進行試驗。在試驗順序的選擇上，不拘泥于試驗號的先后，以隨機選擇的方式決定試驗順序。

3. 試驗過程

3.1試件成型。

纖維瀝青應力吸收層是鋪設在舊路面和瀝青混凝土加鋪層之間的一個薄層，為了模擬實際工程中應力吸收層結構的工作狀態，試驗采用“舊瀝青路面AC-13+瀝青纖維增強封層+ SMA-10薄層罩面”的結構。試件的成型過程主要有三步[4]：第一步：舊混凝土路面的模擬;第二步：加鋪應力吸收層;第三步：加鋪 SMA薄層罩面。為了模擬上圖1的試驗模型，必需先成型一個舊瀝青混凝土面層，再涂抹瀝青纖維增強封層，待其破乳后，最后加鋪 SMA 薄層罩面，其具體過程如圖 1。

（1）舊路面成型。

采用AC-13路面，配合比設計采用馬歇爾試驗方法，設計過程不再詳述。級配范圍如表3，馬歇爾試驗結果如表4，最佳瀝青用量是4.5%，最佳瀝青用量時性能試驗結果如表5。

（2）纖維瀝青應力吸收層的成型。

將制備好的舊瀝青混凝土板放置至少12h 再脫模，稱量好改性乳化瀝青和纖維，然后用毛刷分層涂布在舊混凝土板上：一層乳化瀝青一層纖維，第一層和最后一層必須是乳化瀝青，具體涂布的層數根據纖維用量確定，最終目的是將乳化瀝青和纖維撒布均勻，避免厚度存在較大的差異，其成型效果見圖1第二步[5]。在施工時，可用專門灑布車噴灑乳化瀝青的同時同步切割噴灑纖維。

（3）SMA-10薄層罩面成型。

待破乳后，再進行薄層罩面成型。其成型效果見圖1第三步。為了使成型后的試件與試模齊平，以利于最后成型，將涂抹好中間層的舊混凝土板放入試模內，測量試件表面與試模齊平之間的高度，即為需要加鋪的瀝青混凝土厚度（大約 5cm）。試件用輪碾機成型，將試件養護 12h 后脫模，并標出輪碾方向，留待以后切割用 。

3.2斜剪試驗。

將養護 48h 后的瀝青混凝土車轍試件放到切割機上，迎著輪碾方向，按照試驗所規定的尺寸進行試件的切割，剪切試驗試件尺寸為：50 100 100（單位：mm），剪切試件的成型過程見下圖2。剪切試驗采用 45b斜剪，自制夾具，在數顯路面強度材料儀上進行試驗，將試件在要求溫度下放置 2h，然后取出安放在夾具中，放入試驗機，剪切速率為 50 mm/min，開動試驗機開始試驗與取出試件時的間隔不超過5s，記錄試驗過程中的最大壓力[6]。試驗溫度控制在 25±2℃，作為標準試驗溫度。剪切試驗的剪切過程見圖3。

3.3拉拔試驗。

拉拔試驗直接在養護 48h 后的瀝青混凝土車轍板上用鉆芯機進行鉆芯，鉆芯機的鉆孔內徑為 10cm（拉頭的直徑為 10cm），鉆芯時要鉆至舊瀝青路面面層部分但不鉆穿。拉拔試驗采用自制拉拔夾頭，保持上面層清潔、干凈和平整，用環氧樹脂粘結膠將夾頭粘在試件上，然后放置在溫度為 30±2℃標準試驗條件下不少于6h，取出用智能粘結強度儀進行拉拔試驗，拉力垂直作用于試件上，控制拉拔速率為 2 mm/min，開動試驗機開始試驗與取出的時間間隔不超過 5s，開動試驗機直至粘結破壞，注意必須是從夾層處破壞，若從夾頭粘結處破壞，試驗需重做[7]。記錄粘結破壞時的最大荷載，試驗過程見下圖4。

3.4試驗結果（纖維瀝青正交試驗結果見表6）。

根據選定的剪切強度和粘結強度兩個指標，進行正交試驗直觀分析，結果見表7。

針對不同評價指標，各因素的極差值 r，即可確定各影響因素的主次關系如圖5所示。

4. 結論

根據正交試驗分析結果可以看出：

（1）通過正交試驗中各因素的極差分析，得到各因素影響剪切強度的主次順序為：B>C>A;影響粘結強度的主次順序為：A>B>C。結合材料特性和現階段國內外研究成果，各評價指標中，選擇剪切強度作為第一評價指標，故綜合對兩個指標的影響程度，主次順序為 B>C>A。即對于纖維瀝青應力吸收中間層粘結性能影響中，纖維長度影響最大，改性乳化瀝青用量次之，纖維用量影響最小。

（2）根據正交試驗結果，對于剪切強度指標，纖維瀝青應力吸收中間層的最佳方案為 A2B4C3，對于粘結強度指標，其最佳方案為 A3B4C3。綜合考慮基于兩個評價指標的最佳方案，及三個影響因素的主次順序及影響程度，最終選擇最佳方案為 A2B4C3，即纖維用量為 120g·m-2，纖維長度為 6-8cm，改性乳化瀝青用量為 1.2Kg·m-2，即正交試驗方案中第 8 組，最佳試驗方案已包含在所作正交試驗中 。

參考文獻

[1]陳曉娟. 纖維瀝青碎石封層適應性及阻裂效應研究[D].西安：長安大學，2010.

[2]張宗輝.纖維封層技術及在公路養護中的應用[J].工程機械與維修，2008（01）：11.

[3]王建國.法國纖維封層技術與應用[J].交通世界，2008（6）：17-167，1～7.

[4]閏修海，于金成，王建國等.纖維封層技術的引進與應用[J].北方交通，2008（08）：75～89，1～6.

[5]Aysar NAJD，鄭傳超，纖維加筋瀝青混凝土斷裂性能試驗[J].長安大學學報，2005（5）28～32.

[6]陳華鑫， 張爭奇， 胡長順. 纖維瀝青混合料的低溫抗裂性能[J]. 華南理工大學學報，2004，（04）.

[7]申愛琴等.瀝青路面層間處置新材料及施工關鍵技術研究[R].2009.2.

（1）舊路面成型。

采用AC-13路面，配合比設計采用馬歇爾試驗方法，設計過程不再詳述。級配范圍如表3，馬歇爾試驗結果如表4，最佳瀝青用量是4.5%，最佳瀝青用量時性能試驗結果如表5。

（2）纖維瀝青應力吸收層的成型。

將制備好的舊瀝青混凝土板放置至少12h 再脫模，稱量好改性乳化瀝青和纖維，然后用毛刷分層涂布在舊混凝土板上：一層乳化瀝青一層纖維，第一層和最后一層必須是乳化瀝青，具體涂布的層數根據纖維用量確定，最終目的是將乳化瀝青和纖維撒布均勻，避免厚度存在較大的差異，其成型效果見圖1第二步[5]。在施工時，可用專門灑布車噴灑乳化瀝青的同時同步切割噴灑纖維。

（3）SMA-10薄層罩面成型。

待破乳后，再進行薄層罩面成型。其成型效果見圖1第三步。為了使成型后的試件與試模齊平，以利于最后成型，將涂抹好中間層的舊混凝土板放入試模內，測量試件表面與試模齊平之間的高度，即為需要加鋪的瀝青混凝土厚度（大約 5cm）。試件用輪碾機成型，將試件養護 12h 后脫模，并標出輪碾方向，留待以后切割用 。

3.2斜剪試驗。

將養護 48h 后的瀝青混凝土車轍試件放到切割機上，迎著輪碾方向，按照試驗所規定的尺寸進行試件的切割，剪切試驗試件尺寸為：50 100 100（單位：mm），剪切試件的成型過程見下圖2。剪切試驗采用 45b斜剪，自制夾具，在數顯路面強度材料儀上進行試驗，將試件在要求溫度下放置 2h，然后取出安放在夾具中，放入試驗機，剪切速率為 50 mm/min，開動試驗機開始試驗與取出試件時的間隔不超過5s，記錄試驗過程中的最大壓力[6]。試驗溫度控制在 25±2℃，作為標準試驗溫度。剪切試驗的剪切過程見圖3。

3.3拉拔試驗。

拉拔試驗直接在養護 48h 后的瀝青混凝土車轍板上用鉆芯機進行鉆芯，鉆芯機的鉆孔內徑為 10cm（拉頭的直徑為 10cm），鉆芯時要鉆至舊瀝青路面面層部分但不鉆穿。拉拔試驗采用自制拉拔夾頭，保持上面層清潔、干凈和平整，用環氧樹脂粘結膠將夾頭粘在試件上，然后放置在溫度為 30±2℃標準試驗條件下不少于6h，取出用智能粘結強度儀進行拉拔試驗，拉力垂直作用于試件上，控制拉拔速率為 2 mm/min，開動試驗機開始試驗與取出的時間間隔不超過 5s，開動試驗機直至粘結破壞，注意必須是從夾層處破壞，若從夾頭粘結處破壞，試驗需重做[7]。記錄粘結破壞時的最大荷載，試驗過程見下圖4。

3.4試驗結果（纖維瀝青正交試驗結果見表6）。

根據選定的剪切強度和粘結強度兩個指標，進行正交試驗直觀分析，結果見表7。

針對不同評價指標，各因素的極差值 r，即可確定各影響因素的主次關系如圖5所示。

4. 結論

根據正交試驗分析結果可以看出：

（1）通過正交試驗中各因素的極差分析，得到各因素影響剪切強度的主次順序為：B>C>A;影響粘結強度的主次順序為：A>B>C。結合材料特性和現階段國內外研究成果，各評價指標中，選擇剪切強度作為第一評價指標，故綜合對兩個指標的影響程度，主次順序為 B>C>A。即對于纖維瀝青應力吸收中間層粘結性能影響中，纖維長度影響最大，改性乳化瀝青用量次之，纖維用量影響最小。

（2）根據正交試驗結果，對于剪切強度指標，纖維瀝青應力吸收中間層的最佳方案為 A2B4C3，對于粘結強度指標，其最佳方案為 A3B4C3。綜合考慮基于兩個評價指標的最佳方案，及三個影響因素的主次順序及影響程度，最終選擇最佳方案為 A2B4C3，即纖維用量為 120g·m-2，纖維長度為 6-8cm，改性乳化瀝青用量為 1.2Kg·m-2，即正交試驗方案中第 8 組，最佳試驗方案已包含在所作正交試驗中 。

參考文獻

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[7]申愛琴等.瀝青路面層間處置新材料及施工關鍵技術研究[R].2009.2.

（1）舊路面成型。

采用AC-13路面，配合比設計采用馬歇爾試驗方法，設計過程不再詳述。級配范圍如表3，馬歇爾試驗結果如表4，最佳瀝青用量是4.5%，最佳瀝青用量時性能試驗結果如表5。

（2）纖維瀝青應力吸收層的成型。

將制備好的舊瀝青混凝土板放置至少12h 再脫模，稱量好改性乳化瀝青和纖維，然后用毛刷分層涂布在舊混凝土板上：一層乳化瀝青一層纖維，第一層和最后一層必須是乳化瀝青，具體涂布的層數根據纖維用量確定，最終目的是將乳化瀝青和纖維撒布均勻，避免厚度存在較大的差異，其成型效果見圖1第二步[5]。在施工時，可用專門灑布車噴灑乳化瀝青的同時同步切割噴灑纖維。

（3）SMA-10薄層罩面成型。

待破乳后，再進行薄層罩面成型。其成型效果見圖1第三步。為了使成型后的試件與試模齊平，以利于最后成型，將涂抹好中間層的舊混凝土板放入試模內，測量試件表面與試模齊平之間的高度，即為需要加鋪的瀝青混凝土厚度（大約 5cm）。試件用輪碾機成型，將試件養護 12h 后脫模，并標出輪碾方向，留待以后切割用 。

3.2斜剪試驗。

將養護 48h 后的瀝青混凝土車轍試件放到切割機上，迎著輪碾方向，按照試驗所規定的尺寸進行試件的切割，剪切試驗試件尺寸為：50 100 100（單位：mm），剪切試件的成型過程見下圖2。剪切試驗采用 45b斜剪，自制夾具，在數顯路面強度材料儀上進行試驗，將試件在要求溫度下放置 2h，然后取出安放在夾具中，放入試驗機，剪切速率為 50 mm/min，開動試驗機開始試驗與取出試件時的間隔不超過5s，記錄試驗過程中的最大壓力[6]。試驗溫度控制在 25±2℃，作為標準試驗溫度。剪切試驗的剪切過程見圖3。

3.3拉拔試驗。

拉拔試驗直接在養護 48h 后的瀝青混凝土車轍板上用鉆芯機進行鉆芯，鉆芯機的鉆孔內徑為 10cm（拉頭的直徑為 10cm），鉆芯時要鉆至舊瀝青路面面層部分但不鉆穿。拉拔試驗采用自制拉拔夾頭，保持上面層清潔、干凈和平整，用環氧樹脂粘結膠將夾頭粘在試件上，然后放置在溫度為 30±2℃標準試驗條件下不少于6h，取出用智能粘結強度儀進行拉拔試驗，拉力垂直作用于試件上，控制拉拔速率為 2 mm/min，開動試驗機開始試驗與取出的時間間隔不超過 5s，開動試驗機直至粘結破壞，注意必須是從夾層處破壞，若從夾頭粘結處破壞，試驗需重做[7]。記錄粘結破壞時的最大荷載，試驗過程見下圖4。

3.4試驗結果（纖維瀝青正交試驗結果見表6）。

根據選定的剪切強度和粘結強度兩個指標，進行正交試驗直觀分析，結果見表7。

針對不同評價指標，各因素的極差值 r，即可確定各影響因素的主次關系如圖5所示。

4. 結論

根據正交試驗分析結果可以看出：

（1）通過正交試驗中各因素的極差分析，得到各因素影響剪切強度的主次順序為：B>C>A;影響粘結強度的主次順序為：A>B>C。結合材料特性和現階段國內外研究成果，各評價指標中，選擇剪切強度作為第一評價指標，故綜合對兩個指標的影響程度，主次順序為 B>C>A。即對于纖維瀝青應力吸收中間層粘結性能影響中，纖維長度影響最大，改性乳化瀝青用量次之，纖維用量影響最小。

（2）根據正交試驗結果，對于剪切強度指標，纖維瀝青應力吸收中間層的最佳方案為 A2B4C3，對于粘結強度指標，其最佳方案為 A3B4C3。綜合考慮基于兩個評價指標的最佳方案，及三個影響因素的主次順序及影響程度，最終選擇最佳方案為 A2B4C3，即纖維用量為 120g·m-2，纖維長度為 6-8cm，改性乳化瀝青用量為 1.2Kg·m-2，即正交試驗方案中第 8 組，最佳試驗方案已包含在所作正交試驗中 。

參考文獻

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[7]申愛琴等.瀝青路面層間處置新材料及施工關鍵技術研究[R].2009.2.