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纤维沥青混合料增强机理及其性能研究

封基良  
【摘要】: 随着交通量和轴载的不断增大,沥青路面出现了一些早期损坏现象,提高沥青混合料的性能成为广大交通科研工作者的主要任务。借鉴于20世纪50年代新型高抗拉强度、高模量增强纤维应用于水泥混凝土及轻型结构的成功经验,在沥青混合料中掺入增强纤维成为一种提高沥青混合料性能的新手段,受到广泛的关注和重视,相关的研究和应用迅速开展并不断深入。然而,目前这方面的研究主要围绕混合料性能展开,纤维的选择和应用比较盲目,且缺乏相关的技术要求及标准。本文通过研究纤维沥青及纤维沥青混合料的作用机理,结合纤维、纤维沥青及纤维沥青混合料性能试验结果提出纤维的技术指标及要求,为纤维沥青混合料的应用提供指导。主要研究内容归纳如下: 1.沥青材料的粘弹性力学特性 沥青材料的性能不仅取决于荷载和温度,还与作用时间有关,在一定的温度条件下是一种典型的粘弹性材料。为更有效地表征沥青材料的时温特性,论文提出以Burgers模型表征沥青材料的本构关系,并基于粘弹性理论推导不同加载模式下的力学模型。BBR试验、DTT试验结果证实Burgers模型可表征沥青材料的粘弹性行为,能有效表征材料对作用历史的依赖性及损伤过程,从而用于分析、预测材料高温性能和疲劳性能等。 2.纤维要求及性能评价 纤维作为一种改善沥青混合料性能的添加剂,其物理力学性能决定了纤维对沥青混合料性能的增强效果,为全面评价纤维材料的性能及合理选用纤维材料,论文采用拉拔试验测定纤维不同埋深的界面拉拔力,并计算、分析纤维的临界掺量、临界长度等基本参数;此外,还分析了影响热拌沥青混合料性能的主要因素,并对这些影响因素如纤维的分散性、耐热性、吸持沥青的能力、吸湿性等指标进行试验,从而评价纤维的性能。文中还结合后续纤维沥青、纤维沥青混合料的性能试验结果提出纤维的技术要求。 3.纤维沥青性能评价 纤维沥青胶浆的性能不仅取决于纤维的物理力学特性,还与沥青的性能紧密相关。在上述全面分析纤维性能的基础上,论文以聚脂纤维为主,采用测力延度仪、BBR、DTT及DSR系统评价不同纤维长度、纤维掺量的纤维沥青性能,分析了纤维所起的作用,并综合试验结果对纤维沥青增强的作用机理进行探讨。 4.纤维沥青混合料的性能评价 在沥青混合料掺入增强纤维的目的是提高混合料的使用性能。论文通过选用不同的纤维物理、力学参数,对纤维沥青混合料的高温性能、低温性能、水稳定性及抗疲劳性能系统开展室内试验研究,从而评价纤维长度、纤维掺量及纤维力学性能的影响。结果表明,掺入纤维后混合料的高温性能、低温性能及水稳定性均得到提高,混合料性能改善的幅度随界面粘结强度的增加而增大。具体来说,适当增加纤维掺量和长度有利于改善纤维沥青混合料的性能,且力学性能越好的纤维增强效果愈明显。 文中还利用预切缝三点弯曲小梁试验评价纤维对应力强度因子的影响,结果表明纤维的


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