纖維瀝青混凝土在工程上的性能試驗研究

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，介紹了纖維量的影響，瀝青混合料高溫穩定性試驗、水溫度試驗等內容。

關鍵詞：纖維；瀝青；混凝土

隨著我國公路交通事業的發展及國民經濟的高速發展，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代交通的顯著特點，也成為公路發展的必然趨勢。這種趨勢對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構與材料耐久性不足或施工與養護質量控制不佳，導致水泥面板容易開裂、斷板、錯臺、沉陷等。為了滿足交通運輸日益發展的需要，提高道路服務水平，對舊水泥混凝土路面進行加鋪改造已經成為我國公路建設面臨的一項迫切任務！

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。但當纖維用量過高時，纖維在瀝青混凝土中的分散性將受到限制，會產生結團成束現象，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，纖維的加入并非越多越好，應視其分散性而定。

纖維的相對密度要比礦質集料的小，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，在相同的擊（ 壓） 實功作用下，纖維瀝青混凝土的密實過程相對要困難些，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，施工中應通過提高壓實功能或壓實遍數以滿足纖維瀝青混凝土的壓實度要求。正因為纖維瀝青混凝土的密度有所下降，纖維要占據一定的空間，密實過程受到一定的限制，使其空隙率有所增大。同時，瀝青所占的體積百分比增加，因而礦料間隙率VMA 也將增大。

從復合材料角度看，宏觀上纖維瀝青混凝土是連續的。但從微觀角度看又是不連續且非均質的，因而纖維加入后，往往在其分散性受到限制時，結團成束的纖維會成為混合料中的“強度弱點”，引起強度不均勻，有使混合料強度下降的趨勢。 同時，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度，使混合料整體強度有所提高。因此，纖維瀝青混凝土的強度值應視其加強與減弱作用的綜合情況而定。故在較低用量時，纖維混合料的穩定度增大，但纖維用量太高，分散性下降，強度削弱，反而使混合料的穩定度值降低。

2 瀝青混合料的高溫穩定性試驗

由于瀝青混凝土路面的強度和剛度（ 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行車荷載反復作用下，不至于產生諸如波浪推移、 車轍和擁包等病害，鋪裝層應具有良好的高溫穩定性，即在荷載的作用下具有抵抗永久變形的能力。車轍試驗因能較好地反映車轍的形成過程，得到世界各國的廣泛認可與采用。加入纖維后，瀝青混合料的抗車轍性能得到改善。這是因為車轍的形成主要是由于試驗初期瀝青混合料本身的壓密，以及隨后瀝青混合料的側向流動變形。加入纖維與未加纖維對混合料的初期壓密變形影響不大，但是對后期的側向流動變形有較大的影響。加入纖維后，纖維吸附及穩定瀝青，使瀝青的粘稠度和粘聚力增大，同時由于縱橫交錯的纖維加筋作用，使瀝青混合料的整體性、抗剪性及抗車轍能力增強。從動穩定度結果可以看出，纖維可顯著改善瀝青混合料的高溫抗車轍性能。

3.瀝青混合料水穩定性試驗

瀝青混凝土鋪裝層中若有水分存在， 則在汽車車輪動態荷載的作用下， 進入路面空隙中的水會不斷產生動水壓力及真空負壓抽吸的反復循環作用， 進入到瀝青面層空隙里的水對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力。本次試驗采用了浸水馬歇爾試驗。

試驗結果表明：加入纖維對瀝青混合料的水穩性有一定的改善作用， 且纖維對普通瀝青混合料的改善作用相對較大。

瀝青路面使用期間在氣溫環境影響下經受車輪荷載的反復作用，長期處于應力應變交迭變化狀態，致使路面結構強度逐漸下降。當荷載重復超過一定次數后，在荷載的作用下路面內產生的應力就會超過強度下降后的結構抵抗力，使路面出現裂紋，最終產生疲勞斷裂破壞。本文采用控制應力的重復加載來作為試驗手段，首先對普通和纖維瀝青混合料材料進行劈裂強度試驗，在保持應力不變的情況下，重復加載相同的控制應力，以使瀝青材料出現疲勞斷裂為標準。

試驗結果表明：使普通瀝青材料試件破壞非常明顯的控制應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性能研究

4.1 瀝青混合料抗剪試驗

本試驗采用沉錘法測定熱拌瀝青混合料在25 ℃下的抗剪強度和破壞勁度模量。

由試驗結果可以看出， 纖維在瀝青中更容易形成很強的橋接和加筋作用，同時瀝青被纖維吸附后，使原瀝青的粘度增大，故纖維瀝青的抗剪強度增大。

4.2 瀝青混合料單軸壓縮試驗

本文測定瀝青混合料在25 ℃條件下的抗壓強度和抗壓回彈模量。

試驗結果表明：

（1） 鋪裝上層瀝青混合料的抗壓強度有了明顯提高， 而抗壓回彈模量卻降低了， 說明加入聚合物有機纖維后， 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

瀝青路面開裂包括低溫縮裂以及面層底部在重復荷載下導致的疲勞開裂，因此，瀝青混合料的抗拉強度和應力松弛能力是影響抗裂能力的兩個方面。評價瀝青低溫性能的試驗方法較多，如直接拉伸試驗、間接拉伸試驗（劈裂試驗）、小梁彎曲試驗、收縮系數試驗、應力松弛試驗等。其中劈裂試驗比較簡單，測試方便，應用較廣。本試驗分別采用了15℃和一l0℃兩種試驗溫度，評價其在常溫和低溫環境下的抗裂性能。

試驗試件由馬歇爾擊實儀成型得到的圓柱體試件，其中15℃時的加載速度為50 mm/min，在劈裂試驗機上進行測試。由于應變傳感器故障，未采集到試件的變形，因此，計算中只得到了混合料的劈裂抗拉強度，而未得到它的劈裂模量。一10℃時的加載速度為1 mm/min，在MTS上測試，既測到了混合料的劈裂強度，又測到了它的劈裂模量。

在常溫下，纖維瀝青混合料的劈裂強度有所提高，體現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，說明了纖維在低溫下對混合料起到增韌作用。從常溫和低溫的劈裂強度和劈裂模量來看，以F1纖維對瀝青混合料性能的改善效果最好，常溫下的劈裂強度提高12.4%，低溫下的劈裂模量降低23.9%。可纖維品種不同，其對瀝青混合料的加筋增韌效果也不一樣。

5 結束語

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度，而且纖維在混合料中的橋聯加筋作用使高溫穩定性能具有較大的改善，馬歇爾穩定度可提高18%左右。常溫和低溫劈裂試驗表明，加入纖維后，其加筋作用通過常溫劈裂強度和低溫劈裂模量反映出來。以Fl纖維為例，常溫下的劈裂強度提高12.4%，低溫下劈裂模量降低23.9%，可見纖維的增強增韌效果比較明顯。其改善效果隨纖維品種不同而有所變化。

參考文獻

[1] 張爭奇. 纖維加強瀝青混凝土的研究[J]. 西安公路交通學報 1998 （ 3） .

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