纤维加强沥青混凝土低温抗裂性能试验研究及数值模拟

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1、第27卷第3期华中科技大学学报(城市科学版)Vol_27No．32010年9月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Sep．2010纤维加强沥青混凝土低温抗裂性能试验研究及数值模拟张英富，廖碧海2，杨涛(1．湖北富吴工程项目管理咨询有限公司，湖北武汉430000；2．华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉430074；3．中国市政工程中南设计研究总院厦门分院，福建厦门361006)摘要：本文依托漯河某二级公路建设项目，通过室内试验，确定沥青混合料矿料级配、木质素纤维掺和量，并对不同纤维掺和量的沥青混凝土试件进行了低温抗裂试验。试验结

2、果表明，掺和纤维后能提高混合料的低温抗裂性能，有效延缓路面疲劳裂缝的产生。同时，结合数值模拟技术，使用ANSYS软件，对不同纤维掺和量模型进行了分析，确定方案的优选。最后，铺设1200m长的试验路段，建立长期的道路运营跟踪数据观测，证明方案的合理性和实用性。结果表明，在沥青混凝土中添加木质素纤维可以提高沥青混合料抗裂性能，延长道路寿命，节省养护成本。本文为该地区新建道路以及旧路修复提供了依据。关键词：沥青路面；粘弹性；应力强度因子；低温抗裂；试验研究中图分类号：U416．217文献标识码：A文章编号：1672-7037(20lO)03-0031-04沥青混

3、凝土的抗裂性是影响沥青路面路用性试验。通过各项指标，评价纤维沥青混凝土的低能和使用寿命的关键影响因素之一。国内外学者温抗裂性能，从而确定合适的提高低温抗裂的措对其进行了广泛的研究，提出了各种提高沥青混施。基于当地的气候特点，试验温度选择一109(]，凝土抗裂性的方法。主要有加铺应力一应变吸收在试验操作过程中制作了低温箱，并通过干冰降膜、土工格栅、土工织物；改进沥青混合料设计，采温实现，如图1所示。用“合金化”方法；在面层与基层之间增加级配碎石层；基于柔性基层的设计；基层预切缝以及在沥青混合料中添加纤维材料。其中，在沥青混合料中掺加纤维材料目前被认为是改进沥

4、青路面抗裂性比较经济有效的方法。Lee⋯，黄彭，Free-manJMoussal4]陈华鑫-5等陆续对尼纶纤维，，，木质素纤维，聚酯纤维，聚乙烯纤维，聚酰胺纤维沥青混凝土路面和各种纤维的微观性质做了深人的研究，发现聚酯纤维具有最佳的效果。本文针对实际工程项目的气候环境条件，对图1试验加载不同纤维掺和量的沥青混凝土试件进行低温抗裂为了对比影响低温抗裂性的各种因素，得到性能试验，并根据试验所得材料属性进行了数值最佳提高低温抗裂性的措施，本试验采用同一种模拟，得到了一些有益于工程实践的建议和结论。沥青(道路石油沥青9O#)，设置以下对比组：第一组：面层结构50m

5、l／1+25rain，添加1试验方案0．26％木质素纤维；第二组：面层结构50mm+25n21Tl，不掺加任本试验的目的在于模拟冬季低温条件下，进何纤维；行热拌沥青混凝土在规定温度下的标准小梁弯曲第三组：只减薄面层厚度，即面层结构50mm收稿13期：2010-07-28作者简介：张英富(1963．)，男，高级工程师，研究方向为道路工程管理与咨询(Email：zhangyingfu@126．corn)·32·华中科技大学学报(城市科学版)2010纽+20mm，添加0．26％木质素纤维；第四组：面层结构50mm+25mm，但只在下2试验数据结果面层添加0．3％

6、木质素纤维；第五组：面层结构50mm+25mm，但改为添通过试验可得各组试件的荷载-挠度曲线，如加0．3％聚丙烯纤维。图3所示。用低温弯曲试验来评价沥青混合料的低温抗裂性，评价指标为破坏应变、弯拉强度和劲度模量，试验步骤见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》J。由最大破坏荷载P和最大破坏荷载对应的挠度d(mm)可得到抗弯拉强度(MPa)，破坏时梁底最大弯拉应变和破坏时弯曲劲度模量SB(MPa)：3LPB6hdRB“一2bh2’一L’0B—H(a)第一组式中，R

7、s分别为试件破坏时的抗弯拉强度、弯维8000曲劲度模量，MPa；为试件破坏时的最大弯拉应变；6、

8、h、L分别为试件的宽度、高度、跨径，mm；P6000Z为试件破坏时的最大荷载，N；d为试件破坏时的蒹4ooo跨中挠度，nl／n。沥青混合料低温弯曲试验，采用轮碾法成型2000的板切割而成的小梁试件，在一10℃试验温度下O进行单点加载直至破坏，加载速率50ram／rain。o．oo．20．40．60．81．01．21．41．6试验仪器采用材料测试系统MTS一80，整个试验过挠度／mm程可通过程序进行控制并由计算机自动采集试验(b)第二组数据。图2为试件破坏后的裂缝形态，裂纹的起始端点基本上在跨中底部，当载荷加载到超过极限载荷时，裂纹向上扩展，有平直的，也有不

9、规则的。辖铺(c)第三组(a)裂纹平直扩展Z耀(b)裂纹不规则扩展