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1、精品论文大全玻璃纤维增强沥青混凝土的力学参数测量及路用性能对比分析付极，刘寒冰，程永春吉林大学 交通学院 长春 130025；PH (086) 431-85095446；FAX (086) 431-85095446；Email: fuji133摘要：本文基于弹性理论，对 AC13 型普通沥青混凝土和玻璃纤维增强沥青混凝土进行了 力学参数（间接拉伸劲度模量）测量，进一步通过重复荷载间接拉伸疲劳、车辙、水稳定 性试验，验证了玻璃纤维对沥青混凝土路用性能的改善效果，分析了玻璃纤维在沥青混凝 土中的作用和强度形成机理，为玻璃纤维增强沥青混凝土路面设计提供了理论参考。 关键词：玻璃纤维；沥青混凝土；力学
2、参数；路用性能1 引言 随着道路等级的提高和重载交通的增多，现代交通对沥青路面路用性能提出了更高的要求，大量的新型结构和材料不断被用于沥青混合料之中，纤维增强沥青混凝土以其优越的路用性能和施工中的便易性得到了国内外的关注 (2Freeman,1989；4Hansen KR2000；9张争奇，2001)。木质素纤维、石棉 纤维、钢纤维、聚酯纤维等产品已经在沥青路面中得到广泛应用(5Jiang, Yi1993；6Lee SJoon,2005)。玻璃纤维是传统增强材料，具有抗拉强度高、耐腐蚀、耐磨损等优点，其 力学性能要优于木质素纤维和聚酯纤维(1AbdelazizMAHREZ，2005)；同时，玻
3、璃纤维的价格相对较低，玻璃纤维增强沥青混凝土的造价也大大低于SMA和聚 酯纤维增强沥青混凝土的造价，具有很好的应用前景。近年来，人们已经对SMA 和聚酯纤维等纤维增强沥青混凝土的力学参数和相关路用性能进行了系统研究，取得许多研究成果（3郭乃胜，2006；8王佳锐,2002；7SerfassJP1996)，基金项目：高等学校博士点学科基金（20050183037） 通讯作者：程永春，吉林大学交通学院，教授，博士生导师，130025；Email: chyc5精品论文大全但对玻璃纤维增强沥青混凝土的相关研究却很少，有必要对玻璃纤维增强沥青 混凝土这一新型路面材料进行系统的试验研究。玻璃纤维增强沥青混
4、凝土是以沥青混凝土为基体，以玻璃纤维为增强材料的复合材料，玻璃纤维对整体路面结构将起到一定增强作用，玻璃纤维掺量的 变化也对沥青混凝土的力学性能和路用性能产生重要影响。因此，对不同掺量玻璃纤维增强沥青混凝土的间接拉伸劲度模量进行测量，并对疲劳性能、高温稳定性、水稳定性等路用性能进行试验分析，不仅可以为玻璃纤维增强沥青混 凝土路面的结构设计提供可靠参数，而且对指导设计与施工，具有重要的现实意义。2 试验材料与试件制备2.1 试验材料沥青采用 AH-90。根据本地区的气候特点和实际工程经验，采用密级配AC13 型沥青混合料，级配曲线如图 1 所示。10080上、下限 设计级配60通过率/ %402
5、000.1 1 10筛孔尺寸/ mm图 1 AC13 型沥青混合料级配曲线本试验所采用玻璃纤维的物理和力学指标如表1所示。玻璃纤维的直径较 细，分散性好，可以与沥青混合料充分接触，且耐酸、耐碱，其熔点达1500， 因此玻璃纤维在沥青混凝土拌合与施工中性能稳定。表 1玻璃纤维的物理、力学指标长 度直 径密 度熔 点拉伸强度拉伸率6 10m1.36 g/cm315003000 MPa3.5%2.2 掺加工艺与试件制备玻璃纤维与沥青混合料的混合为完全物理混合，与沥青的结合为表面粘附， 没有化学吸附性。在施工中，如采用干法，将玻璃纤维先与集料一起搅拌，则玻璃纤维容易结团缠绕；如采用湿法，将玻璃纤维先与
6、沥青混合，则玻璃纤维先被沥青粘住，在拌合过程中不能很好地分散。因此，玻璃纤维的掺加工艺为： 先将沥青与集料混合，然后再加入玻璃纤维。与常规沥青混合料拌合时间基本相同，一般情况下不需额外增加拌合时间。AC13 型沥青混凝土的最佳沥青用量为 4.6%，玻璃纤维掺量分别取 0.1%，0.2%，0.3%，经马歇尔试验，确定掺加玻璃纤维后的最佳沥青用量分别为 4.6%，4.6%，4.7%。试件的物理指标如表 2 所示。表 2 玻璃纤维增强沥青混凝土试件的物理指标玻璃纤维掺量（%）00.10.20.3最佳沥青含量（%）4.64.64.64.7密度（g/cm3）2.4162.4132.3972.385空隙率
7、（%）3.963.994.064.08本文进行的间接拉伸劲度模量试验、重复荷载间接拉伸疲劳试验和水稳定性试验均采用马歇尔试件，试件尺寸为 10063.5 ；车辙试验采用轮碾仪 成型试件，试件尺寸为 30305 。3 玻璃纤维增强沥青混凝土的力学参数测量3.1 间接拉伸劲度模量试验按照 ASTM D4123 试验方法，采用英国生产的 cooper 气动多功能沥青混合 料试验机试验。试验温度分别为 5、15、25。对垂直放置的马歇尔试件施 加脉冲正弦波荷载，荷载周期为 1s，上升时间为 0.1s。加载方式如图 2 所示。100荷载/KN5000 12402480372049606200时 间/ m
8、s图 2 试验载荷谱用位移计测量试件水平方向变形，精度为 0.01 ，计算试件的水平变形为5m 时的瞬时弹性模量。读取连续五次加载的平均值作为试件的间接拉伸劲度 模量。间接拉伸劲度模量试验结果如表 3 所示。表 3 间接拉伸劲度模量（MPa）纤维含量（%）00.10.20.3590079159920592221551925203522153002513241880188719123.2 重复荷载间接拉伸疲劳试验试验温度为25，使用设备与3.1相同，加载频率为1Hz，在目标水平应力0.2MPa下累计试样垂直方向永久变形达到2mm时的荷载作用次数即为疲劳寿 命。试验结果如表4所示。表 4 疲劳试验
9、结果纤维掺量（%）00.10.20.3疲劳寿命（次）11642347249826454 玻璃纤维增强沥青混凝土的路用性能试验4.1 马歇尔试验 不同纤维掺量沥青混凝土的马歇尔试验结果如表 5 所示。表 5 马歇尔试验结果纤维掺量（%）00.10.20.3稳定度（KN）14.313.913.613.0流 值（mm）2.422.512.602.664.2 车辙试验试验温度为 60，轮压 0.7MPa，计算动稳定度并记录 2 小时的永久变形。 试验结果如表 6 所示。表 6 车辙试验结果纤维掺量（%）00.10.20.3动稳定度（次/mm）768117114351406永久变形（mm）8.0366.
10、6355.6885.9844.3 冻融劈裂试验采用两组马歇尔试件，一组为室温保存；另一组真空饱水 15 分钟，先放在-18冰箱 16 小时，然后 60水浴 24 小时。最后将两组试件在 25水中浸泡 2 小时后测定劈裂强度。用马歇尔试验仪试验，加载速率为 50mm/min。冻融后试件的劈裂强度RT2，未冻融试件的劈裂强度RT1，RT2与RT1之比即为冻融劈裂强度比TSR。 试验结果如表 7 所示。表 7 水稳定性试验结果纤维含量（%）00.10.20.3RT2（MPa）1.031.041.131.01RT1（MPa）1.111.091.171.14TSR（%）92.595.496.088.75
11、 讨论与结论5.1 玻璃纤维在沥青混凝土中的作用机理 由以上试验可见，在沥青混合料中掺入玻璃纤维后，沥青混合料的间接拉伸劲度模量、抗疲劳性、高温稳定性、水稳定性等均有不同程度改善，提高了沥青混合料的主要路用性能。通过试验观察和结果分析，认为玻璃纤维在沥青 混合料中主要起到阻裂和增韧作用。沥青路面在荷载作用下，沥青混凝土内会产生裂纹，玻璃纤维与沥青的紧密粘结起到了的牵拉作用，阻止了局部裂纹增大。同时，玻璃纤维分散在沥青 胶结料中，形成了一种以纤维为增强材料、沥青混凝土为基体的复合材料，由于玻璃纤维抗拉强度高，提高了沥青混凝土的抗拉能力和韧性，增强了路面的 抗疲劳能力，改善了沥青混合料的路用性能。
12、5.2 玻璃纤维掺量对沥青混凝土力学参数和路用性能的影响(1) 掺加玻璃纤维后，沥青混凝土的劲度模量和抗疲劳性能均有所提高。 由间接拉伸劲度模量试验结果表 3 可见，沥青混合料的劲度模量随着玻璃纤维掺量的增加而增加，尤其在 25时掺加玻璃纤维后沥青混凝土的劲度模量有显著增长，如图 3 所示。由疲劳试验结果表 4 可见，疲劳寿命随着玻璃纤维掺量的增加而增加。图 3 显示出 25条件下，疲劳寿命随玻璃纤维掺量的变化关系。(2) 掺加玻璃纤维后，沥青混凝土的路用性能得到改善。由马歇尔试验结果表 2 和表 4 可见，随着玻璃纤维掺量的增加，沥青混合 料表现为密度下降，空隙率增加，马歇尔稳定度下降，流值
13、增加。这是由于玻 璃纤维填充在集料之间，占据一定空间，并且纤维质量轻，在相同的压实功下，按照马歇尔指标确定的沥青最佳用量所对应的密度会小，空隙率也增加。 由车辙试验结果表 6 可见，掺加玻璃纤维后，动稳定度均有提高，永久变形均有所下降，沥青混合料的抗车辙性能得到提高，变化情况见图 5。140变化率 / %120100806040200劲度模量增长率 疲劳寿命增长率10080变化率 / %6040200动稳定度增长率 永久变形下降率0.00.10.20.3纤维掺量 / %0.0 0.1 0.2 0.3纤维掺量/ %图 3 劲度模量、疲劳寿命变化曲线图 4 动稳定度、永久变形变化曲线由水稳定性试验
14、结果表 7 可见，增加 0.1%、0.2%玻璃纤维后，虽然沥青用 量没有增加，但混合料的水稳定性却有明显改善，掺加 0.2%玻璃纤维试件冻融 后的间接拉伸强度提高 10%，间接拉伸强度比提高 4%，说明玻璃纤维增加了沥青胶结料的粘聚力，把沥青与集料更好地结合在一起。但掺加 0.3%玻璃纤维试 件的冻融劈裂抗拉强度比和冻融后的间接拉伸强度均低于未掺玻璃纤维试件，说明过多的玻璃纤维妨碍了沥青与集料的充分接触，影响了沥青混合料的密实， 造成水稳定性的降低。5.3 玻璃纤维在沥青混凝土中的最佳掺量综合比较路用性能试验结果，在 AC13 型沥青混合料中掺加 0.2%左右玻璃纤 维，各项性能指标最优，并且
15、不需额外增加沥青用量。参考文献：1AbdelazizMAHREZFatigue and Deformation Properties of Glass Fiber Reinforced Bituminous MixesA. Journal of the eastern Asia society for transportation studiesC. 2005，6 : 9971007.2Freeman. Bridges,W.C. Polyester Fibers in Asphalt Paving MixturesJ.Assoc. Asphalt Paving Tech，1996，58 : 3
16、87409.精品论文大全3郭乃胜.赵颖华.纤维掺量对沥青混凝土抗压回弹模量的影响分析J. 公路，2006，12 : 136139.4Hansen KR Current and future uses of non-bituminous components of bituminous paving mixturesA. Transportation in the New Millennium TRB A2D02C.Washington.DC，USA，2000.5Jiang, YiRebecca S. McDanielApplication of Cracking and Seating and
17、 Use of Fibers to Control Reflection CrackingJ Transportation Research Record, 1993 : 150159.6Lee SJoon，Rust Jon PKim YRichard. Bordan Roy H.Fatigue Cracking Resistance of Fiber-reinforced Asphalt ConcreteJ Textile Research Journal，2005，75 (2): 123128.7 Serfass.J.P. and Samanos.J. Fiber-Modified Asp
18、halt Concrete Characteristics， Applications and BehaviorJJournal of the Association of Asphalt Paving Technologists，1996，65 : 193230.8王佳锐. 张争奇. 纤维材料对 SMA 性能的影响J.重庆交通学院学报，2002，12 : 3133.9张争奇. 胡长顺. 纤维加强沥青混凝土几个问题的研究和探讨J. 西安公 路交通大学学报，2001，21 : 1519.Contrast Analysis on Mechanics Parameter and PavementPe
19、rformance of the Glass Fiber-reinforced HMAFU Ji, LIU Han-bing, CHENG Yong-chun(Transportation college，Jilin university，Changchun，130025，chinaPH (086) 431-85095446; FAX (086) 431-85095446; Email: fuji133)Abstract：To evaluate the effect of the glass fiber reinforced the HMA(hot mix asphalt)， laborato
20、ry investigations are conducted on the samples with and without glass fibers. The testing undertaken in this research comprises of the indirect tensile test, rutting test, repeated loading indirect tensile test and moisture susceptibility test. The utilization of the glass fiber shows consistent res
21、ult and it is found the addition of glass fiber does improve the main property of HMA. The interactive mechanism of the glass fiber on the HMA is analyzed to guide the asphalt pavement design by contrasting experimental data.Key words: glass fiber; HMA (hot mix asphalt); mechanics parameter; pavement performance6
