摘  要：纖維瀝青混凝土有助于提高路面的高溫穩(wěn)定性、低溫阻裂性，降低荷載作用造成的疲勞應(yīng)力，提高路面的疲勞壽命。本文通過加強(qiáng)瀝青混合料的室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)纖維的長(zhǎng)徑比最佳用量進(jìn)行分析。

　　關(guān)鍵詞：纖維瀝青混凝土；纖維用量；長(zhǎng)徑比

　　瀝青路面具有平整度好、便于施工等方面的優(yōu)勢(shì)，成為主要的路面結(jié)構(gòu)。但是瀝青路面在實(shí)際使用中存在許多技術(shù)和質(zhì)量方面的問題，在瀝青混合料中摻加纖維后，能提高路面的高溫穩(wěn)定性、低溫阻裂性，降低荷載作用造成的疲勞應(yīng)力，提高路面的疲勞壽命。但是對(duì)纖維的長(zhǎng)徑比和用量控制及纖維瀝青混凝土的施工工藝制定都有一定的要求，如果制定的不合理既不能提高纖維瀝青混凝土的路用性能，又增加了工程造價(jià)，嚴(yán)重時(shí)不得不翻修，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

　　一、纖維在瀝青混凝土中的作用

　　（一）加筋作用

　　瀝青混凝土是一種靠瀝青粘合在起的散料組合體，可以認(rèn)為是不承受拉應(yīng)力的。而在纖維瀝青混凝土中，纖維的作用等同于鋼筋混凝土中鋼筋的作用，可承受拉應(yīng)力纖維通過與骨料的咬合作用，形成較大的摩擦角，同時(shí)加上瀝青膠漿的粘聚作用，將基體的拉應(yīng)力傳遞給纖維并主要由纖維來 的粘聚作用，增加了瀝青與礦料的粘附性，提高了集料之間的粘結(jié)力。

　�。ǘ�）吸附和吸收瀝青的作用

　　瀝青混合料中加入纖維穩(wěn)定劑后，這些纖維能夠充分吸 附（表面）及吸收（內(nèi)部）瀝青，從而使瀝青油膜用量增加， 瀝青油膜變厚，以加強(qiáng)瀝青混凝土在大空隙情況下的粘結(jié) 力，增強(qiáng)耐久性。其主要用于低噪音、抗滑性能好的瀝青碎 石瑪蹄脂類混合料  。

　�。ㄈ�）穩(wěn)定作用

　　纖維使瀝青膜處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，尤其是在夏天高溫 季節(jié)，瀝青受熱膨脹時(shí)，纖維內(nèi)部的空隙將具有一定的緩沖 作用，不至于使之成為自由瀝青而泛油，同時(shí)可以改善瀝青 混合料的高溫穩(wěn)定性。

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　　纖維可以提高瀝青的粘結(jié)力，增加瀝青 與礦物的補(bǔ)附性，通過油膜的粘結(jié)，提高集料之間的粘結(jié)力。 從力學(xué)性能上看，表現(xiàn)為瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度的提 高。

　　（五）阻裂作用

　　近代膠漿理論認(rèn)為，瀝青混凝土是以瀝青為唯一連續(xù)相的多級(jí)空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的分散體系。因此瀝青的破壞將意味著結(jié)構(gòu)體系的破壞。但在纖維增強(qiáng)瀝青混凝土中，纖維網(wǎng)作為更強(qiáng)大的第二連續(xù)相在瀝青破壞時(shí)仍能維持體系的整體性?將會(huì)在一定程度上阻止基體破壞的擴(kuò)展。

　　（六）增韌作用

　　纖維能夠增強(qiáng)對(duì)集料顆粒的握裹力，保 證瀝青路面的整體性而不易松散，提高了混合料的低溫抗裂 性，從而對(duì)瀝青起到了增韌作用。

　　綜上所述，纖維對(duì)提高瀝青混凝土路面性能的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　1、減少或延緩反射裂縫的出現(xiàn)。

　　2、提高路面抗車轍的能力。

　　3、提高瀝青路面疲勞壽命。

　　4、提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性。

　　5、增強(qiáng)瀝青路面的低溫抗裂能力。

　　6、減少瀝青路面的水損壞。

　　7、減薄瀝青路面的厚 度。

　　二、纖維最佳用量

　　最佳纖維用量的確定是衡量纖維加筋瀝青混凝土的力學(xué)性能及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要依據(jù)。在一定的纖維體積率范圍內(nèi),纖維瀝青的強(qiáng)度和模量隨著纖維體積率的增加而增加,大量試驗(yàn)也驗(yàn)證了該觀點(diǎn)。纖維體積率小于纖維的臨界體積率時(shí),纖維起不到加筋作用,僅僅在瀝青中起到分散作用,有時(shí)反而會(huì)降低瀝青的強(qiáng)度。但纖維體積率也不能過大,纖維摻量過多,纖維比表面積增加,包裹在每根纖維周圍的瀝青膠漿體減少,導(dǎo)致纖維與瀝青間粘結(jié)力不足。纖維過多還將造成拌和困難,使纖維不能均勻分布,影響材料的強(qiáng)度。另外,纖維摻量的增加也提高了路面造價(jià)。

　　有研究用復(fù)合材料的理論計(jì)算芳綸纖維增強(qiáng)瀝青混凝土的勁度模量,與劈裂實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果比較,當(dāng)纖維摻量為0.2%時(shí),理論值與試驗(yàn)值非常接近,而當(dāng)纖維摻量為0.3%、0.5%時(shí),理論值與試驗(yàn)值差別很大。這是因?yàn)?運(yùn)用復(fù)合材料理論做計(jì)算時(shí),往往要遵循一定的假設(shè)條件:纖維增強(qiáng)體在瀝青基體中分布均勻、各向同性,纖維與瀝青基體粘結(jié)良好。因此理論計(jì)算出來的結(jié)果是纖維用量越大,纖維增強(qiáng)瀝青混凝土的勁度模量、強(qiáng)度及韌性就越高,而實(shí)際中由于瀝青用量的不足、集料的要求跟不上、拌和工藝不成熟等,過多的纖維不能在瀝青基體中分布粘結(jié)得很好,起不到應(yīng)有的增韌作用。纖維結(jié)團(tuán)成束后占有更大空間,使礦料相互接觸受阻,盡管瀝青用量也增大,但仍存留下較大的孔隙,相反會(huì)影響瀝青混凝土的性能另外,纖維瀝青混凝土是一種多相復(fù)合材料,材料的力學(xué)特征與纖維增強(qiáng)體、基體及纖維-基體的界面粘結(jié)性能有關(guān)。采用復(fù)合材料混合律理論計(jì)算材料的力學(xué)參數(shù)指標(biāo)時(shí),所考慮的纖維瀝青受力狀態(tài)都為初裂之前的狀態(tài)。若發(fā)生瀝青基體斷裂或纖維脫膠,這些公式就不能使用。本文認(rèn)為在確定纖維的最佳摻量時(shí),應(yīng)該以理論計(jì)算作參考,以室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為主要依據(jù),從實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā),得出最佳的纖維用量。

　　三、纖維長(zhǎng)徑比對(duì)混合料性能的影響

　　根據(jù)復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理,纖維越長(zhǎng),直徑越小,則纖維達(dá)到極限強(qiáng)度的長(zhǎng)度越長(zhǎng),從而能較好發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用。但過長(zhǎng)過細(xì)的纖維在與瀝青混凝土拌和過程中容易結(jié)團(tuán),使纖維難以均勻分布,影響纖維瀝青混合料的工作度。

　　（一）馬歇爾試驗(yàn)

　　馬歇爾試驗(yàn)是常規(guī)的瀝青混合料組成設(shè)計(jì)試驗(yàn),尤其適合于密實(shí)型瀝青混合料,它能反映混合料的高溫穩(wěn)定性能。室內(nèi)試驗(yàn)采用"埃索"70號(hào)進(jìn)口瀝青,根據(jù)四檔玄武巖集料10～15mm、5～10mm、3～5mm和0～3mm,對(duì)瀝青混合料進(jìn)行了級(jí)配組成設(shè)計(jì)。

　�。ǘ�）劈裂疲勞試驗(yàn)

　　理論和試驗(yàn)都表明,路面在車輪荷載作用下,其結(jié)構(gòu)內(nèi)不同位置的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)也是不同的。雖然應(yīng)力小于路面材料的抗拉強(qiáng)度,但隨著作用次數(shù)的增加,路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐漸下降,最后發(fā)生破壞,這就是材料疲勞引起的路面裂縫。

　　四、纖維的優(yōu)缺點(diǎn)分析

　�。ㄒ唬┚酆衔锢w維對(duì)瀝青混合料在感溫性、耐疲勞方面的 改善還是較好的。但其造價(jià)最高，單位質(zhì)量纖維根數(shù)最多，用量最少，一般情況下，木質(zhì)素纖維用量為瀝青混合料的3%， 聚合物纖維只需0.1%。

　�。ǘ�）木質(zhì)索纖維瀝青混合料具有很強(qiáng)的抗水損壞能力。 但混合料的最佳瀝青用量會(huì)增加0.1%~0.3%。而且木質(zhì)素 纖維在運(yùn)輸存儲(chǔ)過程中容易吸潮，成團(tuán)結(jié)塊，影響其使用效 果  。

　�。ㄈ�）鋼纖維在抗高溫性，抗裂性，耐疲勞等方面表現(xiàn)都 很好但其金屬腐蝕是影響其路用性能的根源；其次金屬與混 凝土的不相容性，使其與混合料的黏附性較差，另外就是后 期效應(yīng)"凸尖現(xiàn)象" 。

　�。ㄋ模┦┕し矫鎭碇v，能否將纖維均勻分散在瀝青混合料中是纖維能否發(fā)揮性能的關(guān)鍵 。

　　五、結(jié)語(yǔ)

　　纖維長(zhǎng)徑比不宜過小和過大,需根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)得出一個(gè)臨界值,在實(shí)際施工中,所用纖維長(zhǎng)徑比應(yīng)略低于此臨界值,以確保纖維發(fā)揮其最大效用。纖維的最佳摻量應(yīng)該以理論計(jì)算作參考,以室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為主要依據(jù)。不同類型纖維的最佳摻量有所不同,將纖維用量定在0.2%～0.25%時(shí),其效益-成本比是最大的。

　　鋼纖維、聚合物纖維、木質(zhì)素纖維在不同程度上改善了瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性、抗疲勞性等路用性能。從我國(guó)目前尚缺質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的情況下，選擇品種主要還是從施工性能、混合料使用性能、成本等方面進(jìn)行比合理選擇纖維，使其在提高路面品質(zhì)方面發(fā)揮其應(yīng)有的作用。