摘要 目前在s m a 中所用的纖維大多數(shù)是木質(zhì)素纖維、聚丙烯腈纖維和玄武巖礦 物纖維，但是不同纖維s m a 混合料各種路用性能怎樣，國(guó)內(nèi)外還缺乏系統(tǒng)研究， 同時(shí)對(duì)于如何選擇纖維、不同纖維對(duì)s m a 路用性能的影響以及如何評(píng)價(jià)纖維在 混合料中的作用等缺乏較深入的研究報(bào)道，也缺乏有效的性能評(píng)價(jià)手段與方法。 本文通過(guò)動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)( d s r ) 和簡(jiǎn)支梁彎曲蠕變?cè)囼?yàn)( b b r ) 評(píng)價(jià)了 纖維瀝青膠漿的技術(shù)性能。試驗(yàn)表明纖維的加入能夠改善瀝青混合料的高溫性能， 同時(shí)纖維的加入也降低了瀝青膠漿的低溫抗裂性能。 以s m a 1 0 為例，通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)及動(dòng)、靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)和恒高度重復(fù)剪切試驗(yàn) ( r s c h ) 評(píng)價(jià)不同纖維對(duì)s m a 高溫性能的影響。試驗(yàn)表明車(chē)轍試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)蠕變 試驗(yàn)和恒高度重復(fù)剪切試驗(yàn)有較好的相關(guān)性，其結(jié)果能較好地反映不同纖維對(duì) s m a 高溫性能的影響，而動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)得出的粘彈性常數(shù)可以用來(lái)進(jìn)行瀝青面層 車(chē)轍的預(yù)估。礦物纖維相對(duì)其它兩種纖維來(lái)說(shuō)，對(duì)s m a 的高溫性能改善較大。 通過(guò)四點(diǎn)彎曲疲勞實(shí)驗(yàn)，研究不同纖維對(duì)s m a 疲勞壽命的影響，并建立疲 勞壽命曲線(xiàn)和疲勞壽命回歸方程。聚丙烯腈纖維更多的增加了s m a 的疲勞壽命。 關(guān)鍵詞：纖維；動(dòng)態(tài)蠕變；動(dòng)穩(wěn)定度；r s c h ；疲勞壽命 a b s t r a c t w o o df i b r ea n da c r y l i cf i b r ea n db a s a l tm i n e r a lt - b r ea r eo f t e nu s e di ns m aa t p r e s e n t h o w e v e r t h es y s t e m a t i cr e s e a r c ho nt h es m ap e r f o 咖a n c ew t hv a r i e df i b 化 f b rr o a du s eh a sn o tb e e nc a r r i e dw or l d w i d e e f f b c t i v em e t h o df b re v a l u a t i o no ft h e p e r f o r m a n c ei sn e c e s s a r yf o rc h o o s i n gt h ef i b r e sb a s e do ni t s f u n c t i o n s i nt h e m i x t u r e 1 nt h ep a p e r d y n a m i cs h e a rr h e o m e t e r ( d s r ) a n db e n d i n gb e a mr h e o m e t e r ( b b r ) a r eu s e dt oe v a l u a t et h et e c h n i cp e r f b m a n c eo ff j b e ra s p h a l t w i t ht h en b r e a d d e dt ot h ea s p h a l tm i x t u r e ，t h ep e r f o 瑚a n c ea th i g ht e m p e r a t u r ea r ce n h a n c e db u t i o wt e m p e r a t u r er e d u c e d t h es a m p l eo f s m a - l oi st a k e nh e r ef o rr u tt e s ta n ds t a t i cc r e e pt e s t 蛐dd y n a m i c c r e e pt e s ta n dr e p e a t e ds h e a rt b s ta tc o n s t a n th e i g h t( r s c h ) t oe v a l u a t et h e p e r f o r m a n c eo fs m aa th i g ht e m p e r a t u r ew i t hd i f 僥r e n t 肋r e r e s u i t so ft h e s e e x p e r i m e n t sa r cw e l lr e l a t e da n dg i v et h ei n d i c a t i o n so nt h ep e r f o m a n c eo fs m a m o r e o v e r t h ev i s c o e l a s t i cc o n s t a n to b t a i n e da f t e rt h ec y c l i cc o m p r e s s i o nt e s tc 柚b e u s e df o r l h ep r e - e v a l u a t i o no fr u t t h em i n e m lf i b r ec a nh 培h l yi m p r o v et h e p e r f o m a n c eo fs m aa t h i g ht e m p e r a t u r ec o n t r a s t e dt oo t h e rt w ot y p e so ff i b r e s a f t e rs t u d y i n gt h e n f l u e n c eo nf 撕g u eo fs m aw i t hd i f f e r e n ts m at h r o u g hf o u r p o i n tb e n d i n g b e a m f 缸i g u et e s t ，f a t i g u ei i f cc u r v ea n dr e g r e s s i o ne q u a t i o na r c e s t a b l i s h e d a c r y l i cf i b r ei st h en b r e sw h i c hc a ni n c r e a s et h ef a t i g u el i f em o s t k e y w o r d s ：n b e r ；d y n a m i cc r e e pt e s t ；r s c h ；f a t i g u ei i f e 長(zhǎng)沙理工大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所 取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任 何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢 獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的 法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： l 撅日期：0 7 年?duì)幵缕胰?學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意 學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文 被查閱和借閱。本人授權(quán)長(zhǎng)沙理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi) 容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存 和匯編本學(xué)位論文。 本學(xué)位論文屬于 1 、保密口，在年解密后適用本授權(quán)書(shū)。 2 、不保密日。 ( 請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”) 作者簽名： 輥日期：0 7 年乒月砧日 導(dǎo)師簽名： 日期。0 7 年夕月礦日 1 1 問(wèn)題的提出 第一章緒論 改革開(kāi)放幾十年來(lái)，我國(guó)的高速公路從無(wú)到有，公路通達(dá)深度和覆蓋面積有 了很大提高。特別是自1 9 9 8 年以來(lái)，黨中央和國(guó)務(wù)院把加快包括公路在內(nèi)的基礎(chǔ) 設(shè)施建設(shè)作為擴(kuò)大內(nèi)需的重點(diǎn)，國(guó)家每年都投入巨資進(jìn)行公路建設(shè)，高等級(jí)公路 得到了迅速發(fā)展。按照我國(guó)公路發(fā)展規(guī)劃，在今后的若干年內(nèi)，我國(guó)將重點(diǎn)建設(shè) 以高速公路為主的國(guó)家交通干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。瀝青混凝土路面在高等級(jí)公路建設(shè)中占主 導(dǎo)地位，我國(guó)建成的高速公路路面約7 5 采用了瀝青混凝土。隨著交通量的增長(zhǎng)， 車(chē)輛的大型化和超載嚴(yán)重，瀝青路面更面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。例如，炎熱季節(jié)重載 車(chē)輛作用下所造成的車(chē)轍、推擁的永久變形，冬季低溫開(kāi)裂和半剛性基層開(kāi)裂的 反射性裂縫，在雨季及春融季節(jié)造成的坑槽、松散等水損壞破壞，路表抗滑性能 迅速下降，以及局部龜裂等等都在一些高速公路上顯現(xiàn)出來(lái)。新建高速公路瀝青 路面產(chǎn)生早期損壞的原因，除了設(shè)計(jì)、施工方面的原因外，材料性能差是很重要 的原因【1 1 。 瀝青瑪蹄脂碎石混合料( s m a ) 是一種由瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉及少量細(xì) 集料組成的瀝青瑪蹄脂填充的間斷級(jí)配的粗集料骨架間隙的瀝青混合料。以其優(yōu) 良的抗車(chē)轍性能和抗滑性能聞名于世。s m a 的出現(xiàn)，為很好的解決目前瀝青路面 的低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定性及抗滑與滲水性能之間的矛盾，提供了一個(gè)非常有效 的途徑，可延長(zhǎng)道路使用壽命、減少溫縮裂縫、提高行車(chē)舒適性。 纖維作為一種傳統(tǒng)的紡織材料，從形狀上說(shuō)，是一種比較柔韌的細(xì)而長(zhǎng)的物 質(zhì)。一般的說(shuō)，纖維的長(zhǎng)度與直徑之比一般大于l o o o ：1 0 。s m a 中纖維的加入， 有效地改善瀝青路面的高溫穩(wěn)定性、疲勞耐久性，并且具有低溫抗拉和防止反射 裂縫的作用。 由于改性瀝青及纖維的使用使s m a 路面造價(jià)比普通瀝青混凝土面層高 2 5 3 0 。而纖維的價(jià)格從幾千元到上萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)元不等，其對(duì)工程成本有重 要的影響，因此在保證質(zhì)量的前提下選擇合適的纖維可以有效的降低工程造價(jià)。 目前在s m a 中所用的纖維大多數(shù)是木質(zhì)素纖維、聚丙烯腈纖維和玄武巖礦物纖 維，但是不同纖維對(duì)s m a 混合料路用性能有哪些方面的改進(jìn)，國(guó)內(nèi)外還缺乏這 方面的資料，雖然有不同纖維的作用機(jī)理及纖維用量的研究報(bào)道，但是對(duì)于如何 選擇纖維、不同纖維的比較以及如何評(píng)價(jià)纖維在混合料中的作用等等更加缺乏較 深入的研究報(bào)道，同時(shí)缺乏有效的性能評(píng)價(jià)手段與方法。 1 2 國(guó)內(nèi)外研究概況 1 。2 。1 纖維神類(lèi)及應(yīng)用 纖維在瀝青混合料中的使用最初目的是用于預(yù)防路面的反射裂縫。1 9 6 0 年， 加拿大多倫多大學(xué)的d a v i s ，n m 發(fā)表了水泥混凝土路面瀝青加鋪層反射裂縫防 治措施研究一文中，首次系統(tǒng)研究了纖維作為添加材料改善瀝青路面抗反射裂 縫性能。1 9 6 1 年t o n s 和e g o n s 在“第2 9 0 號(hào)公路研究公報(bào)”上提出了瀝青加鋪 層中使用金屬織物的思想。但普通的棉質(zhì)纖維和金屬絲易受環(huán)境影響而發(fā)生腐蝕， 使用壽命受到限制。1 9 6 2 年t a m b u r r o ，d a 嘗試使用了溫石棉纖維，并分析了溫 石棉纖維對(duì)瀝青路面性能的影響。1 9 6 3 年z u e h l k e ，g h 正式在“第2 4 號(hào)公路研究 檔案”中系統(tǒng)分析了短切石棉纖維在混合料中的馬歇爾試驗(yàn)和抗彎拉性能的作用 效果。到了2 0 世紀(jì)8 0 年代初，由于石棉纖維對(duì)環(huán)境有污染而被禁用，聚合物纖 維( 如聚脂纖維、聚丙烯纖維、聚丙烯腈纖維等) 、木質(zhì)素纖維、玻璃纖維得到廣 泛應(yīng)用。同時(shí)纖維織物或纖維格柵也開(kāi)發(fā)應(yīng)用于瀝青混合料中。1 9 8 0 年，d y k e s ，j w 討論了纖維織物的抗反射裂縫性能。1 9 8 3 年，y a n d e l l ，w o 在a a p t ( a s s o c i a t i o n o f a s p h a l tp a v i n gt e c h n o l o g i s t ) 上討論了纖維織物對(duì)延長(zhǎng)路面使用壽命的作用。 1 9 8 5 年b r o w n ，s f 對(duì)格柵加強(qiáng)路面進(jìn)行了系統(tǒng)研究，與此同時(shí)k e n n e p o h l 和 g e r h a n d 對(duì)纖維格柵加強(qiáng)瀝青路面的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。隨后纖維 和纖維織物在瀝青混合料中得到推廣應(yīng)用，其使用目的由最初的抗反射裂縫的產(chǎn) 生轉(zhuǎn)交到對(duì)瀝青混合科綜合性的改善：使用場(chǎng)合也由最初的瀝青加鋪層發(fā)展到各 式各樣的瀝青混合料中( 如s m a 路面、薄層或超薄層的瀝青混凝土、多孔性瀝 青混凝土( o g f c ) 、稀漿封層等) 。目前，在美國(guó)和西歐等國(guó)家仍在大面積使用 和研究纖維對(duì)瀝青混合料的加強(qiáng)改性作用。同時(shí)開(kāi)發(fā)形成了自己的纖維產(chǎn)品和纖 維添加設(shè)備，為纖維瀝青混合料的普及提供了方便。 我國(guó)對(duì)纖維瀝青混合料的研究較晚，到9 0 年代初由于s m a 路面結(jié)構(gòu)的出現(xiàn) 需要添加纖維，才引起人們對(duì)纖維類(lèi)產(chǎn)品的關(guān)注。1 9 9 5 年引入國(guó)外聚酯纖維，使 我們認(rèn)識(shí)聚酯纖維可以提高瀝青混合料的高溫性能、低溫性能、耐老化性能、水 穩(wěn)性能，其中對(duì)抵抗路面產(chǎn)生的反射裂縫有較好作用。隨后西安公路學(xué)院、吉林 省公路局、同濟(jì)大學(xué)、交通部科研所先后都對(duì)一些纖維素纖維和木質(zhì)素纖維對(duì)多 空隙瀝青路面和多碎石瀝青混合料使用性能的進(jìn)行研究。1 9 9 8 年孫學(xué)高瀝青混合 料中添加鋼纖維做成鋼纖維瀝青路面，并申請(qǐng)專(zhuān)利。長(zhǎng)安大學(xué)的陳華鑫、朱朝輝、 丁智勇等對(duì)摻木質(zhì)纖維和博尼纖維的a c 、a k 的路用性能進(jìn)行研究【2 】【3 】【4 1 。 纖維幾乎成了s m a 的必須成份，原因與s m a 使用較多的礦粉與瀝青結(jié)合料 有關(guān)。歸納起來(lái)，它有以下作用1 5 l 【6 1 ： 加筋作用。纖維在混合料中呈三維分散存在，可以起到加筋作用。 2 分散作用。如果沒(méi)有纖維，用量頗大的瀝青礦粉很可能成為膠團(tuán)，它不能 均勻地分散在集料之間，鋪筑在路面上將清楚地看見(jiàn)“油斑”存在。纖維可以使 膠團(tuán)適當(dāng)分散。 吸附及吸收瀝青的作用。在s m a 混合料中加入纖維穩(wěn)定劑的作用在于充 分吸附( 表面) 及吸收( 內(nèi)部) 瀝青，從而使瀝青用量增加，瀝青油膜變厚，提 高混合料的耐久性。 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)部的空隙還將成為一種緩沖的余地，不致成為自由瀝青 而泛油，對(duì)高溫穩(wěn)定性也有好處。 n c a t 的研究表明，摻加纖維防止瀝青析漏的功效比聚合物改性的效果要好 得多。相反，對(duì)抗車(chē)轍能力來(lái)說(shuō)，纖維的作用遠(yuǎn)不如聚合物改性瀝青。 目前用于s m a 的纖維主要有木質(zhì)素纖維、礦物纖維和有機(jī)合成纖維，其中 木質(zhì)素纖維的使用最為普遍，關(guān)于這方面的研究也最多，其次為有機(jī)合成纖維和 礦物纖維。下面按照纖維的種類(lèi)對(duì)研究應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)單的總結(jié)： 1 、玻璃纖維 玻璃是由若干種金屬和非金屬的氧化物構(gòu)成，對(duì)玻璃性能影響較大的有s i 0 2 n a 2 0 、l i 2 0 、k 2 0 、c a 0 、m g o 、b 2 0 3 、a 1 2 0 3 、f e 2 0 3 、p 6 0 、b e o 、t i o 、z r o 等 多種氧化物，將以上氧化物進(jìn)行不同組合，可得到不同類(lèi)型的玻璃纖維：e 一玻璃 ( 無(wú)堿玻璃) 、c 一玻璃( 中堿玻璃) 、高強(qiáng)玻璃纖維、a r 一玻璃纖維( 耐堿玻璃 纖維) 、a 一玻璃( 高堿玻璃) 、e c r 玻璃( 無(wú)硼無(wú)堿玻璃) 和d 一玻璃( 低介電 玻璃纖維) 等。 玻璃纖維曾在國(guó)內(nèi)外的水泥混凝土和塑料中廣泛使用，如制成的玻璃鋼與玻 璃纖維水泥混凝土等均是玻璃纖維產(chǎn)品。而玻璃纖維在瀝青中若直徑較粗，因剛 度過(guò)大，脆性增強(qiáng)，在交叉作用下易折斷，耐久性差；過(guò)細(xì)雖然柔性增大，但受 熱后，易結(jié)團(tuán)，不易分散。瀝青路用上很少使用玻璃纖維產(chǎn)品。 2 、聚酯纖維 聚酯纖維在8 0 年代中期被用于混凝土中，它可以適當(dāng)?shù)靥岣呋炷翂嚎s、流 動(dòng)和撕裂強(qiáng)：度。美國(guó)p e t r o f l e x 聚酯纖維也被用于瀝青混合料中，用量為 o 1 5 o 3 。據(jù)賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究和在公路中的應(yīng)用實(shí)踐，聚酯纖維使 得混合料的性能得到普遍提高，疲勞壽命提高了2 5 4 5 ，車(chē)轍減小了4 5 5 3 。 美國(guó)的r e e db f r e e m a n 等人通過(guò)馬歇爾試驗(yàn)對(duì)摻有聚酯纖維的瀝青混合料的 各種性能作了分析，發(fā)現(xiàn)聚酯纖維( 用量o 3 o 5 ) 的加入可使混合料的間接抗 拉強(qiáng)度強(qiáng)度降低3 1 5 ，濕抗拉強(qiáng)度增加2 1 3 ，混合料的韌度隨纖維的含量 的增加而增加，干燥時(shí)增加2 6 。潮濕時(shí)增加1 0 0 。 3 、木質(zhì)素纖維 木質(zhì)素是針葉樹(shù)類(lèi)、闊葉樹(shù)類(lèi)和草類(lèi)植物的基本化學(xué)組成之一，還存在于幾 乎所有的維管植物之中。木質(zhì)素是植物細(xì)胞中一類(lèi)復(fù)雜的芳香聚合物，它是纖維 素的粘合劑，以增加植物體的機(jī)械強(qiáng)度。日本的八洪義和曾對(duì)木質(zhì)素的定義如下： 木質(zhì)素是在酸作用下難以水解的相對(duì)分子質(zhì)量較高的物質(zhì)，主要存在于木質(zhì)化植 物的細(xì)胞中，強(qiáng)化植物組織。其化學(xué)結(jié)構(gòu)是苯丙烷類(lèi)結(jié)構(gòu)單元組成的復(fù)雜化合物， 含有多種活性官能團(tuán)。 木質(zhì)素本來(lái)是一種白色或接近無(wú)色的物質(zhì)，但由于經(jīng)過(guò)不同的分離、制備過(guò) 程，呈現(xiàn)出深淺不一的顏色。木質(zhì)素纖維的一個(gè)主要的缺點(diǎn)是易吸水腐爛、不耐 磨、不耐熱。它的大量使用。雖然也考慮了其對(duì)混合料性能、生產(chǎn)工藝等的影響， 但出于經(jīng)濟(jì)的考慮也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。 德國(guó)j s r 是世界上著名的木質(zhì)素纖維生產(chǎn)商，該公司生產(chǎn)松散木質(zhì)素纖維已 有二十余年的歷史，生產(chǎn)顆粒纖維也有十余年的歷史。美國(guó)n c a t 和a a s h t 0 還為s m a 用的木質(zhì)素纖維規(guī)定了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 在我國(guó)也有部分單位如吉林省公路局寶恒科技發(fā)展有限責(zé)任公司，研制了松 散的木質(zhì)素纖維，并已經(jīng)在吉林和山東省的一些工程中得到應(yīng)用，取得了良好的 效果。 4 、聚丙烯腈纖維 聚丙烯腈綸( a c r y l i cf i b e r s ) 是指由聚丙烯腈或丙烯腈含量占8 5 以上的線(xiàn) 型聚合物所制成的纖維，我國(guó)常將它稱(chēng)為腈綸。 2 0 世紀(jì)3 0 年代初，德國(guó)h o e c h s t 化學(xué)公司和美國(guó)d u p o n t 公司就已著手聚丙 烯腈纖維的生產(chǎn)試驗(yàn)，并于1 9 5 0 年正式投產(chǎn)。它是將丙烯腈與共聚單體( 丙烯酸 甲脂、亞甲基丁二酸) 進(jìn)行聚合，生成聚丙烯腈樹(shù)脂，經(jīng)溶劑( 硫氰酸鈉、二甲 基丙礬、二甲基甲酞胺、硝酸、氯化鋅等) 溶解，形成粘度適宜的紡絲液，用濕 法或干噴濕法進(jìn)行紡絲，經(jīng)凝固浴成型，水洗、牽伸、熱定型、上油、卷繞等工 序獲得的。如果將聚丙烯腈纖維再加工處理尚可得到聚丙烯腈基碳纖維。 作為纖維的聚丙烯腈，其分子量更大，一般大于l o o o o 以上，因而要求其分 散性小，低分子組分含量少，這樣纖維性能越強(qiáng)。其耐熱性能較好，一般在1 7 0 1 8 0 時(shí)顏色不會(huì)發(fā)生改變，若聚合物中含有雜質(zhì)，會(huì)加速熱分解和顏色的變化。 作為道路用的聚丙烯腈纖維其加工工藝有所差異，更應(yīng)注意道路交通特點(diǎn)和自身 穩(wěn)定性，注重纖維對(duì)路用性能的改善，德蘭尼特就是這種瀝青專(zhuān)用纖維。 德蘭尼特( d o l a i l i ta s ) 是英國(guó)科特爾斯公司( f a s e w e r kk e l h e i mg m b h ) 在 德國(guó)h o e c h s t 的工廠(chǎng)與一家大型道路公司合作開(kāi)發(fā)了的專(zhuān)門(mén)用于瀝青混合料改性 的腈綸纖維，是經(jīng)過(guò)干法生產(chǎn)，使得纖維分子鏈長(zhǎng)度更長(zhǎng)，由5 萬(wàn)7 萬(wàn)個(gè)分子聚 合而成，大分子鏈縱向排列更有序。纖維截面呈花生狀，表面是均勻的縱向結(jié)構(gòu)。 d o l a n i ta s 在國(guó)內(nèi)外己得到廣泛應(yīng)用，我國(guó)目前已在上海外環(huán)一期工程、上 4 海陸嘉濱路、廣深珠高速公路、湖北東湖關(guān)山路、河北石黃高速公路、京津塘高 速公路、1 0 2 國(guó)道玉田改線(xiàn)、湖北軍山橋面鋪裝、昆明市園通北路及深圳平西公 路等地均已采用德蘭尼特纖維，并取得了明顯效果。 5 、礦物纖維 在礦物纖維中，最早使用的是石棉纖維。石棉纖維相對(duì)于其他纖維，價(jià)格較 為便宜，但由于環(huán)保以及危害人體健康問(wèn)題，已經(jīng)禁止使用石棉纖維。 現(xiàn)在以玄武巖為原料，經(jīng)過(guò)特定的預(yù)處理后，在1 6 0 0 高溫熔融提煉抽絲制 成的礦物纖維已逐漸開(kāi)始使用。 自1 9 9 1 年美國(guó)喬治亞州率先采用礦物纖維修建州際公路i - 8 5s m a 瀝青路面 以來(lái)，美國(guó)4 0 多個(gè)州已廣泛采用礦物纖維修建高速公路與市政道路。 喬治亞州曾于1 9 9 4 年規(guī)定，州界內(nèi)的所有州際公路及高速公路采用s m a 面 層并搭配o g f c 摩耗層，且一律采用礦物纖維。 近年，國(guó)內(nèi)對(duì)礦物纖維的研究和應(yīng)用逐漸增多，國(guó)內(nèi)的粵贛高速公路、長(zhǎng)沙 的三漢磯大橋橋面等也逐漸采用玄武巖礦物纖維。 對(duì)礦物纖維與木質(zhì)素纖維、有機(jī)合成纖維孰優(yōu)孰劣，有不同的觀(guān)點(diǎn)。有看法 認(rèn)為礦物纖維與集料( 纖維主要是玄武巖做的) 屬同一種材料，耐老化，特別是 有利于瀝青混合料的再生利用。而木質(zhì)素纖維則有可能在使用過(guò)程中老化，且在 再生過(guò)程中燃燒成灰塵。而且在美國(guó)的一些州，礦物纖維的使用量大量增加，有 的州從再生角度出發(fā)，已經(jīng)開(kāi)始限制木質(zhì)素纖維的使用。有機(jī)合成纖維品種不同， 性能不一，尤其是彈性模量差異極大，因而對(duì)混凝土的增強(qiáng)、增韌和阻裂效果也 不盡相同。高彈性模量的纖維主要是提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和阻裂能力，而低彈性 模量的纖維主要是提高復(fù)合材料的應(yīng)變能力、韌性、以及抗沖擊性能等，難以選 擇【7 】【s 】。 1 2 2 試驗(yàn)評(píng)價(jià)方法 隨著s m a 的廣泛使用，瀝青膠漿性能的研究逐漸興起。美國(guó)的e r a yb r o w n 等人對(duì)s m a 瀝青瑪蹄脂做了詳細(xì)的研究，他將細(xì)集料( o 0 7 5 2 3 6 m m ) 、礦粉、 瀝青和纖維組成的混合料稱(chēng)為粗瑪蹄脂，將沒(méi)有細(xì)集料只有礦粉、瀝青和纖維組 成的混合料稱(chēng)為細(xì)瑪蹄脂，對(duì)粗瑪蹄脂進(jìn)行了彎曲梁流變?cè)囼?yàn)、回彈模量、間接 拉伸試驗(yàn)、布氏旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn)，細(xì)瑪蹄脂進(jìn)行了s u p e r p a v e 瀝青結(jié)合料試驗(yàn)，結(jié) 果表明二者性能有很好的相關(guān)性。他還研究了不同填料對(duì)瀝青瑪蹄脂性能的影響， 研究結(jié)果表明，影響瑪蹄脂性能的因素不僅僅是填料的細(xì)度，還應(yīng)該包括填料的 物理和化學(xué)性能。另外，美國(guó)a a s h 0 根據(jù)e r a yb r o w n 教授的研究成果還提出 了瀝青瑪蹄脂的技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)要求。 德國(guó)的g h u b e r 通過(guò)采用落錘儀測(cè)定了錐入瀝青瑪蹄脂的深度，并根據(jù)有關(guān) 5 公式計(jì)算出剪切強(qiáng)度，結(jié)果表明采用這種方法能很好地區(qū)分不同瀝青瑪蹄脂的性 能 華南理工大學(xué)的張肖寧等人，利用動(dòng)態(tài)剪切流變儀( d s r ) 研究了瀝青膠漿 性能以及礦粉和纖維對(duì)瀝青膠漿性能的影響。研究結(jié)果表明，礦粉與纖維可以顯 著提高瀝青膠漿的高溫性能，但是，不適當(dāng)?shù)脑黾拥V粉與纖維用量將會(huì)使瀝青膠 漿的疲勞性能受到損傷。 長(zhǎng)安大學(xué)的劉麗采用s h r p 試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)( d s r ) 和b r o o k f i e l d 旋轉(zhuǎn)粘度試驗(yàn)來(lái)測(cè)試瀝青膠漿的技術(shù)性能。將基質(zhì)瀝青和不同粉膠比情況下的各 種瀝青膠漿進(jìn)行錐入度試驗(yàn)及其相關(guān)性進(jìn)行研究【9 】。 瀝青混合料在高溫條件下或長(zhǎng)時(shí)間承受荷載作用，瀝青混合料會(huì)產(chǎn)生顯著的 變形，其中不能恢復(fù)的部分成為永久變形，車(chē)轍就是瀝青路面永久變形破壞的最 主要的形式之一。據(jù)調(diào)查，由永久變形引起瀝青混凝土路面損壞所占比例有愈來(lái) 愈大的趨勢(shì)。研究瀝青路面車(chē)轍成為了瀝青路面高溫穩(wěn)定性的一個(gè)主要課題。在 交通發(fā)達(dá)國(guó)家，瀝青混凝土路面永久變形預(yù)測(cè)或有關(guān)參數(shù)確定已成為瀝青混凝土 路面設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要控制指標(biāo)和研究方向。在我國(guó)，瀝青混凝土路面車(chē)轍已日 益受到重視，并進(jìn)行了大量的研究，動(dòng)穩(wěn)定度檢驗(yàn)已成為混合料設(shè)計(jì)的必須檢驗(yàn) 的指標(biāo)。 據(jù)試驗(yàn)路調(diào)查和觀(guān)測(cè)，對(duì)于瀝青層較厚的瀝青路面，路表面的永久變形( 車(chē) 轍) 大部分來(lái)自瀝青層本身，并且集中在瀝青層上面部7 1 5 c m 范圍內(nèi)。在1 9 6 2 年的第一屆c s d a p ( 國(guó)際瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)議) 上，殼牌石油公司提出了第一 個(gè)同時(shí)考慮疲勞和車(chē)轍的瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，這個(gè)方法是通過(guò)限制路基頂面 的垂直壓應(yīng)變來(lái)控制車(chē)轍的。 1 9 7 2 年h o f s t f a 等人研究發(fā)現(xiàn)，瀝青路面的車(chē)轍變形，從上至下逐漸減小車(chē) 轍主要產(chǎn)生在瀝青層內(nèi)。1 9 屆世界道路會(huì)議多數(shù)國(guó)家認(rèn)為用馬歇爾方法來(lái)預(yù)估混 合料性狀是不夠的，有8 個(gè)國(guó)家主要關(guān)心抗塑性變形能力，采用車(chē)轍試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià) 瀝青混合料的抗車(chē)轍性能。 1 9 9 0 年k r u g l e r 將車(chē)轍問(wèn)題主要分為三種類(lèi)型：( 1 ) 路面上過(guò)大的交通固結(jié)： ( 2 ) 由于混合料穩(wěn)定性不佳引起塑性變形：( 3 ) 表層下瀝青剝離引起的不穩(wěn)定。1 9 9 8 年張登良將車(chē)轍產(chǎn)生劃分為3 個(gè)階段：開(kāi)始階段的壓密過(guò)程；瀝青混合料的 流動(dòng)；礦質(zhì)骨架的重新排列及礦質(zhì)骨架的破壞。 目前瀝青混合料高溫性能試驗(yàn)的方法，包括試驗(yàn)室圓柱試件的單軸靜載、動(dòng) 載、重復(fù)試驗(yàn)，三軸靜載、動(dòng)載、重復(fù)試驗(yàn)，徑向靜載、動(dòng)載、重復(fù)試驗(yàn)，簡(jiǎn)單 剪切的靜載、重復(fù)加載和動(dòng)力試驗(yàn)，此外還有中空?qǐng)A柱試件的動(dòng)力、剪切試驗(yàn)， 棱柱形梁試件的彎曲蠕變?cè)囼?yàn)，小型模擬試驗(yàn)設(shè)備的車(chē)轍試驗(yàn)，大型環(huán)道、直道 試驗(yàn)設(shè)備的足尺路面高溫性能試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路面的加速車(chē)轍試驗(yàn)等【mj 【l i 】。 6 對(duì)高溫性能的評(píng)價(jià)主要有以下幾種： ( 1 ) 經(jīng)驗(yàn)性評(píng)價(jià) 用于瀝青路面高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的最簡(jiǎn)便最直觀(guān)的方法是以高溫( 一般采用 6 0 ) 抗壓強(qiáng)度與常溫2 0 抗壓強(qiáng)度的比值來(lái)衡量，由于采用無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與 路面結(jié)構(gòu)中瀝青混合料處于的三向受力狀態(tài)存在較大的差異，故得到的試驗(yàn)結(jié)果 與路用性能的相關(guān)性太差，后被馬歇爾試驗(yàn)所取代。 最早瀝青混合料設(shè)計(jì)方法是維姆法與馬歇爾設(shè)計(jì)法。馬歇爾方法模擬的受力 模式有一定側(cè)限，有容許流動(dòng)值，雖然難以計(jì)算側(cè)壓力大小與變化，但作為一種 經(jīng)驗(yàn)法，它簡(jiǎn)單、容易掌握。而且長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)此方法已經(jīng)積累了豐富的資 料，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)還是可以對(duì)一般瀝青混合料的穩(wěn)定性做出粗略的判斷，所以目前還 一直沿用。但馬歇爾的缺點(diǎn)是有且共睹的，其穩(wěn)定度和流值是一種經(jīng)驗(yàn)指標(biāo)，不 能確切地反映瀝青混合料永久變形產(chǎn)生的機(jī)理。而且實(shí)踐表明：即使瀝青混合料 的穩(wěn)定度、流值都滿(mǎn)足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，瀝青路面也不能避免產(chǎn)生車(chē)轍。特別是對(duì)于目 前出現(xiàn)象s m a 之類(lèi)的骨架類(lèi)型的混合料，其穩(wěn)定度指標(biāo)也已失去意義。馬歇爾 試驗(yàn)的穩(wěn)定度與流值在評(píng)價(jià)路面高溫穩(wěn)定性方面存在嚴(yán)重的局限性，據(jù)第十九屆 世界道路會(huì)議對(duì)英國(guó)、法國(guó)、意大利、加拿大等1 6 個(gè)國(guó)家的調(diào)查資料表明，大多 數(shù)國(guó)家認(rèn)為用馬歇爾方法設(shè)計(jì)的瀝青混合料的穩(wěn)定度和流值指標(biāo)，與實(shí)際路面的 永久變形相關(guān)性不好，因此要求車(chē)轍試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充試驗(yàn)。我國(guó)“七五”期間也 進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度無(wú)多大差別，而車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果 相差較大，所以在衡量瀝青混合料高溫穩(wěn)定性上逐漸被車(chē)轍試驗(yàn)所取代。 ( 2 ) 高溫抗剪切評(píng)價(jià) 為防止瀝青面層出現(xiàn)推擠、擁包、剪切等破壞，我國(guó)公路設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)瀝青路 面采用了高溫抗剪切驗(yàn)算，根據(jù)層狀彈性理論，最不利的剪切損壞發(fā)生在水平荷 載作用下路表面輪緣處。根據(jù)此理論以面層破裂面上可能產(chǎn)生的剪應(yīng)力t 。應(yīng)不大 于瀝青混合料的容許剪應(yīng)力- r 為驗(yàn)算條件，即： tt 1r ( 3 ) 永久變形評(píng)價(jià)方法 柔性路面的永久變形是路面在重復(fù)交通荷載作用下產(chǎn)生豎向垂直變形而逐漸 出現(xiàn)的。由于壓密和剪切變形的綜合作用導(dǎo)致了輪跡帶縱向沉陷伴隨兩側(cè)隆起的 發(fā)展，從而產(chǎn)生永久變形【1 2 】【13 1 。 蠕變?cè)囼?yàn) 通常對(duì)材料施加一定水平的荷載或應(yīng)力時(shí)，材料將產(chǎn)生變形，當(dāng)外力撤消后， 若變形立即全部恢復(fù)，那么這種材料成為彈性材料，但完全彈性材料是極少的， 大多數(shù)材料( 像瀝青混合料) 在外力的長(zhǎng)時(shí)間作用下，作為響應(yīng)的變形也會(huì)隨時(shí) 間的增加而不斷增長(zhǎng)，在取消外力后變形隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸恢復(fù)，但有一部分 7 變形會(huì)永久存在，這種力學(xué)性質(zhì)被稱(chēng)為蠕變，這種材料被成為粘彈性材料，瀝青 及瀝青混合料都是典型的粘彈性材料，尤其在高溫下，粘彈性表現(xiàn)的更為突出， 瀝青路面的車(chē)轍或永久變形就是瀝青混合料粘彈性性能的直接反映。 蠕變?cè)囼?yàn)采用單軸、三軸靜載、單軸重復(fù)加載及三軸重復(fù)加載四種試驗(yàn)方式。 動(dòng)態(tài)三軸壓縮剪切蠕變?cè)囼?yàn)可測(cè)得蠕變勁度模量、回彈模量、泊松比、永久變形 與荷載作用次數(shù)的關(guān)系等，但試驗(yàn)設(shè)備復(fù)雜，試驗(yàn)要求高，在工程實(shí)踐中推廣的 可能性甚小。單軸靜載蠕變?cè)囼?yàn)是一種相對(duì)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)方法，經(jīng)過(guò)多年的試驗(yàn)研 究，一些研究者已提出了瀝青混合料蠕變勁度極限值，但由于各研究者采用的試 驗(yàn)條件不同，其試驗(yàn)結(jié)果差異較大，同時(shí)由于試驗(yàn)結(jié)果不具有普遍性，應(yīng)用還受 到各種條件的限制，盡管我國(guó)亦對(duì)單軸靜載蠕變?cè)囼?yàn)進(jìn)行了較多的研究，基于試 驗(yàn)結(jié)果變異性較大的原因，沒(méi)能提出相應(yīng)的蠕變勁度極限值。 車(chē)轍試驗(yàn)( 輪轍試驗(yàn)) 目前最令道路界認(rèn)可的還屬由英國(guó)運(yùn)輸和道路研究試驗(yàn)所( t r r l ) 最初開(kāi) 發(fā)的車(chē)轍試驗(yàn)，該方法直觀(guān)，對(duì)瀝青路面車(chē)轍形成過(guò)程模擬性好，不需要太高精 度的試驗(yàn)設(shè)備，操作過(guò)程不復(fù)雜，很容易應(yīng)用于工程實(shí)際。但主要的缺陷在于不 能獲得材料的基本力學(xué)參數(shù)，是一種經(jīng)驗(yàn)性的工程試驗(yàn)，不能用于路面計(jì)算。 我國(guó)現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定采用動(dòng)穩(wěn)定度來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果。動(dòng) 穩(wěn)定度指標(biāo)雖然與瀝青混合料的永久變形存在一定的相關(guān)性，并不能完全反映瀝 青混凝土路面實(shí)際發(fā)生的永久變形。在對(duì)瀝青混合料進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)的過(guò)程中也會(huì) 經(jīng)常發(fā)現(xiàn)動(dòng)穩(wěn)定度與永久變形不一致的情形，當(dāng)對(duì)兩種瀝青混合料進(jìn)行比較時(shí)， 動(dòng)穩(wěn)定度大的其永久變形也大。另一方面，目前確定動(dòng)穩(wěn)定度的時(shí)間段為4 5 m i n 6 0 m i n ，對(duì)應(yīng)的輪載作用次數(shù)為1 8 9 0 次2 5 2 0 次，此時(shí)的作用次數(shù)應(yīng)該說(shuō)還遠(yuǎn)遠(yuǎn) 不夠。此外，目前世界各國(guó)對(duì)室內(nèi)車(chē)轍試驗(yàn)永久變形指標(biāo)，除法國(guó)外均沒(méi)有明確 的要求。室內(nèi)車(chē)轍試驗(yàn)所測(cè)得的永久變形值主要用來(lái)對(duì)不同瀝青混合料的抗永久 變形能力進(jìn)行相對(duì)比較，至于室內(nèi)車(chē)轍試驗(yàn)永久變形量與路面容許車(chē)轍深度之間 的關(guān)系仍有待進(jìn)一步的研究。由此看來(lái)，適當(dāng)延長(zhǎng)車(chē)轍試驗(yàn)的時(shí)間并以試件的永 久變形來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性是我國(guó)現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范、試驗(yàn)規(guī)程亟待解決 的問(wèn)題。 評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性好壞應(yīng)結(jié)合路面容許車(chē)轍及車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行， 在瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，瀝青路面容許車(chē)轍深度是主要的車(chē)轍控制指標(biāo)，從 保證車(chē)輛安全、快速、舒適的角度出發(fā)，它直觀(guān)的反映了瀝青路面的服務(wù)性能。 如美國(guó)地瀝青協(xié)會(huì)( a i ) 提出的容許車(chē)轍深度為1 3 m m ，美國(guó)s h r p 研究計(jì)劃成 果提出的容許車(chē)轍深度為1 2 5 m m ，我國(guó)“七五”攻關(guān)項(xiàng)目“高等級(jí)公路半剛性 基層、重交通道路瀝青面層和抗滑表層的研究”專(zhuān)題提出的容許車(chē)轍深度是在設(shè) 計(jì)年限內(nèi)不超過(guò)1 5 m m 。 8 簡(jiǎn)單剪切試驗(yàn) 通常認(rèn)為，瀝青路面的第二階段永久變形主要是由于瀝青混合料塑性剪切流 動(dòng)引起的，美國(guó)s h l 沖戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃推薦的簡(jiǎn)單剪切試驗(yàn)就是用于考察瀝青 混合料的抗剪切流動(dòng)性能，這種試驗(yàn)方法是由土的直剪試驗(yàn)方法發(fā)展而來(lái)，并進(jìn) 一步考察了瀝青混合料的特殊性質(zhì)，增加了垂直的動(dòng)力荷載及溫度控制，可測(cè)定 試件的復(fù)數(shù)剪切模量，相位角及應(yīng)變等。單剪試驗(yàn)儀可主要進(jìn)行兩種試驗(yàn)，恒高 度重復(fù)單剪試驗(yàn)( r s c h ) 和剪切頻率掃描試驗(yàn)( f s c h ) 。由于單剪試驗(yàn)基本上 消除了體積變形，試驗(yàn)結(jié)果能突出反映混合料產(chǎn)生永久變形( 車(chē)轍) 機(jī)理，因而， 能較有效地應(yīng)用于比較和預(yù)估各種瀝青混合料的抗永久變形的性能。但相對(duì)而言， 設(shè)備較復(fù)雜，能否推廣有待進(jìn)一步研究。 美國(guó)戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃( s h r p ) 的瀝青研究項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)5 0 0 0 萬(wàn)美元中有9 4 9 萬(wàn)美元用于永久變形的研究上。該研究以加利福尼亞大學(xué)的貝克萊分校 m o n i s m i t h 教授為中心，最后提出了a 3 1 8 及a 4 1 5 兩篇研究報(bào)告，成為s u p e r p a v e 的主要組成部分。在研究過(guò)程中，采用了軸向壓縮蠕變、軸向壓縮重復(fù)荷載、剪 切時(shí)蠕變、剪切重復(fù)荷載、徑向蠕變等試驗(yàn)方法來(lái)研究瀝青混合料的永久變形特 性，以后在擴(kuò)大試驗(yàn)中又使用了恒高度簡(jiǎn)單剪切試驗(yàn)、單軸應(yīng)變?cè)囼?yàn)、體積試驗(yàn)、 頻率掃描試驗(yàn)、恒高度簡(jiǎn)單剪切重復(fù)荷載試驗(yàn)等。這個(gè)方法移植于土壤材料的直 剪試驗(yàn)方法，可以通過(guò)提供重復(fù)或動(dòng)力荷載，測(cè)定試件的回彈剪切模量、動(dòng)力剪 切模量、剪切阻尼響應(yīng)等。美國(guó)公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃結(jié)合交通量，氣候條件等因素 試圖根據(jù)新的破壞模型和車(chē)轍預(yù)估模型，編制新的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行永久變形的預(yù) 估。雖然比三軸試驗(yàn)要簡(jiǎn)單些，但需要的試驗(yàn)設(shè)備還是比較復(fù)雜，迄今為止，已 取得了部分成果，目前這項(xiàng)工作還在研究中。 瀝青混合料疲勞性能研究經(jīng)歷了5 0 多年的發(fā)展，涌現(xiàn)出許多好的試驗(yàn)方法和 分析方法，并取得了大量的研究成果。這為優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、指導(dǎo)和規(guī)范瀝青 路面和養(yǎng)護(hù)工作起著重要而積極的作用。然而，由于影響瀝青混合料疲勞性能的 因素眾多，通常很難在一項(xiàng)疲勞性能試驗(yàn)研究中將所有的影響瀝青混合料疲勞性 能的因素都考慮進(jìn)來(lái)。在早期的研究中，通常只考慮了瀝青混合料疲勞性能的幾 項(xiàng)因素，其適用性在很大程度上受到了限制。 在著名的美國(guó)戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃中，瀝青混合料疲勞性能的研究仍然被列為 其中一項(xiàng)重要課題。s h r p 與1 9 9 4 年發(fā)布了“瀝青混合料的疲勞響應(yīng)”的瀝青混 合料疲勞研究報(bào)告【l ”。在該報(bào)告中，通過(guò)對(duì)多種試驗(yàn)方法的比較，選定了控制應(yīng) 變模式的四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)作為其實(shí)驗(yàn)室內(nèi)疲勞試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法。并按全因素試 驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，考慮的影響因素包括瀝青品種、瀝青用量、石料類(lèi)型、空隙率以及 應(yīng)變水平，通過(guò)疲勞試驗(yàn)對(duì)各種影響因素、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)疲勞響應(yīng)和預(yù)期路面使用性 能之間的關(guān)系進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上提出了針對(duì)疲勞開(kāi)裂破壞的混合料設(shè)計(jì)分 9 析體系。 s h r p 在壓實(shí)瀝青混合料重復(fù)彎曲疲勞壽命測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法 ( s h r p - m - 0 0 9 ) 中還給出累積消散能及消散能累積到破壞時(shí)的計(jì)算方法。但是 正如c l m o n i s m “h 等人在“瀝青混合料疲勞反應(yīng)綜述”s h r p a 3 1 2 一文中所指 出的：至今為止，僅在彎曲疲勞試驗(yàn)上考慮使用消散能理論，尚需進(jìn)一步研究它 能否用于其它類(lèi)型疲勞試驗(yàn)和瀝青路面疲勞設(shè)計(jì)中。也有相當(dāng)多的研究人員們正 致力于在瀝青混合料疲勞性能研究中引用斷裂力學(xué)、粘彈力學(xué)的理論結(jié)合采用先 進(jìn)的研究設(shè)備，從裂紋擴(kuò)展規(guī)律的角度探討疲勞性能。 國(guó)內(nèi)的研究工作起步相對(duì)較晚，但也做了大量的研究工作。在“七五”國(guó)家 重點(diǎn)科技項(xiàng)目( 攻關(guān)) 7 5 2 4 0 1 0 1 專(zhuān)題中，交通部重慶公路科學(xué)研究所采用國(guó)產(chǎn) 單家寺7 0 群，9 0 拌和用作對(duì)比的阿爾巴尼亞7 0 掙瀝青，采用先進(jìn)的m t s 材料試驗(yàn) 系統(tǒng)，進(jìn)行了l h 2 0i 型瀝青混凝土的室內(nèi)疲勞試驗(yàn)研究【”】。1 9 9 3 年哈爾濱建筑 大學(xué)在交通部科研項(xiàng)目“瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)與參數(shù)的研究”中，又利用茂名7 0 群 瀝青、勝利1 0 0 撐瀝青、遼河1 4 0 拌瀝青等3 種瀝青分別進(jìn)行了中粒式和粗粒式瀝青 混凝土( 共6 種) 系統(tǒng)的室內(nèi)疲勞試驗(yàn)研究。研究成果己經(jīng)納入了公路瀝青路面 設(shè)計(jì)規(guī)范中。2 0 0 0 年同濟(jì)大學(xué)在交通部科技項(xiàng)目“瀝青混合料動(dòng)態(tài)性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)” 的研究過(guò)程中，對(duì)高等級(jí)公路常用的3 種進(jìn)口瀝青制作粗、中、細(xì)粒式7 種瀝青 混合料進(jìn)行了應(yīng)力控制模式的劈裂及部分彎拉疲勞試驗(yàn)研究，取得了一定的成果。 所有的這些研究成果，對(duì)我國(guó)的公路建設(shè)發(fā)揮了重要作用。 1 3 論文研究的內(nèi)容 本文基于長(zhǎng)沙城市道路薄層s m a 瀝青混合料設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)這一課題， 對(duì)不同纖維對(duì)s m a 1 0 的性能影響進(jìn)行試驗(yàn)研究。目的是為了選擇合適的纖維以 及評(píng)價(jià)纖維在混合料中的作用，同時(shí)為s m a 性能評(píng)價(jià)提供有效的手段與方法。 1 、采用s h r p 試驗(yàn)中動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)( d s r ) 和簡(jiǎn)支梁彎曲蠕變?cè)囼?yàn)( b b r ) 來(lái)評(píng)價(jià)不同纖維瀝青膠漿的技術(shù)性能。 2 、采用殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)評(píng)價(jià)不同纖維對(duì)s m a 1 0 水穩(wěn)性能的 影響。 3 、通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)、動(dòng)、靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)、恒高度重復(fù)剪切試驗(yàn)評(píng)價(jià)不同纖維對(duì) s m a 1 0 高溫性能的影響。 4 、通過(guò)四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)評(píng)價(jià)不同纖維對(duì)s m a 1 0 疲勞性能的影響，并得到 相應(yīng)的疲勞壽命回歸方程。 5 、通過(guò)實(shí)驗(yàn)，選擇合適的纖維和有效的性能評(píng)價(jià)方法。 1 0 第二章瀝青混合料設(shè)計(jì) 2 1 s m a 混合料設(shè)計(jì)基本思想 我國(guó)的s m a 設(shè)計(jì)主要是參考美國(guó)的s m a 設(shè)計(jì)方法提出來(lái)的。美國(guó)的方法主 要是采用s u p e f p a v e 的旋轉(zhuǎn)式搓揉壓實(shí)機(jī)的設(shè)計(jì)方法和馬歇爾試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，我 國(guó)目前采用的是馬歇爾試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。從本質(zhì)上說(shuō)，這種方法是一種體積設(shè)計(jì)方 法。與常規(guī)瀝青混合料相比，s m a 在材料組成上有其鮮明的特點(diǎn)，即s m a 是一 種斷級(jí)配骨架型密實(shí)混合料。它是由大比例的碎石構(gòu)成堅(jiān)固的石石接觸、相互嵌 擠的骨架結(jié)構(gòu)，并有豐富的瀝青瑪蹄脂填充粗集料骨架結(jié)構(gòu)的空隙。因此，s m a 混合料可以看作由兩部分組成：粗集料骨架結(jié)構(gòu)與填充骨架結(jié)構(gòu)的瀝青瑪蹄脂。 故本文s m a 的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在礦料各部分的級(jí)配和瀝青用量及纖維的選擇上【l6 】【一。 2 2 s m a 1 0 瀝青混合料配合比設(shè)計(jì) 2 2 1 設(shè)計(jì)步驟 設(shè)計(jì)方法主要分為5 個(gè)步驟1 8 】【1 9 】： l 、s m a 材料選擇； 2 、確定初試級(jí)配； 3 、確認(rèn)所選擇級(jí)配的最小v m a 及最小瀝青用量； 4 、選擇最佳瀝青用量o a c ，確認(rèn)混合料的空隙率； 5 、評(píng)價(jià)s m a 的水穩(wěn)定性和析漏情況。 2 2 2 原材料試驗(yàn) s m a 1 0 的粗集料為鎮(zhèn)江生產(chǎn)的玄武巖碎石，石屑( o 3 m m ) 為望城的石灰 巖，礦粉采用石灰石粉，纖維分別采用上海捷漫貿(mào)易發(fā)展有限公司生產(chǎn)的路用木 質(zhì)纖維素、玄武巖礦物纖維和德蘭尼特a s 聚丙烯腈纖維。瀝青采用江陰市寶利 瀝青有限公司生產(chǎn)的s b s 改性瀝青。對(duì)粗細(xì)集料和礦粉，按照公路工程集料試 驗(yàn)規(guī)程的要求，測(cè)定其毛體積密度、表觀(guān)相對(duì)密度。粗集料試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2 1 。 對(duì)s b s 改性瀝青，按照試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2 2 。粗集料試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2 3 。木質(zhì)纖維、 聚丙烯腈纖維的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2 4 【2 0 】【2 1 1 。 表2 1 礦料密度試驗(yàn)結(jié)果 1 3 21 9 54 7 52 3 61 1 8o 60 30 1 5 材 料 礦粉 m mm m mm mm mm mm mm m 表觀(guān)密度 ( g cm 3 ) 2 9 3 82 9 3 82 9 2 l2 7 3 42 6 5 6 2 6 0 62 5 8 22 5 7 02 6 2 l 毛體積密度 ( g c m 3 ) 2 8 1 72 8 2 52 7 9 02 5 1 7 i| 表2 2s b s 改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果 j t gf 4 0 2 0 0 4 規(guī)范要求 指標(biāo)單位試驗(yàn)結(jié)果 ( i d ) 針入度2 5 ，l o o g ，5 s o 1 m m6 9 64 0 6 0 針入度指數(shù)p i + o 4 20 延度5 ，5 c m m i n c m 3 6 5 42 0 軟化點(diǎn)t r & b6 2 36 0 運(yùn)動(dòng)粘度1 3 5 p a s2 8 3 閃點(diǎn)3 2 02 3 0 溶解度 9 9 5 9 9 密度( 1 5 ) g c m 1 o l l 實(shí)測(cè)記錄 彈性恢復(fù)2 5 8 5 ，77 5 旋轉(zhuǎn)薄膜加質(zhì)量變化 o 11 0 熱試驗(yàn)針入度比2 5 7 1 0 6 5 1 6 3 。5 h 延度5 c m1 5 91 5 表2 3 粗集料玄武巖試驗(yàn)結(jié)果 指標(biāo)單位試驗(yàn)結(jié)果 j t gf 4 0 2 0 0 4 規(guī)范要求 石料壓碎值 8 12 6 洛杉機(jī)磨耗損失9 72 8 表觀(guān)相對(duì)密度2 8 52 6 0 吸水率( 1 3 2 1 6 m m )0 22 吸水率( 9 5 1 3 2 m m ) o 42 吸水率( 4 7 5 9 5 m m )o 52 針片狀顆粒含量 其中顆粒大于9 5 m m 4 5 1 2 其中顆粒小于9 5 m m 1 51 8 水洗法小于o 0 7 5 m m 顆粒含量 0 6l 軟石含量1 23 粘附性( s b s 改性瀝青)級(jí) 5 5 表2 4 木質(zhì)纖維技術(shù)指標(biāo)聚丙烯腈纖維技術(shù)指標(biāo)礦物纖維技術(shù)指標(biāo) 技術(shù)指標(biāo)測(cè)試值 7 5 纖維素含量 8 0 p h 值 7 5 l 纖維密度 ( g c m _ j ) 1 6 最人纖維長(zhǎng)度m m 5 甲均纖維長(zhǎng)度m m1 1 0 0 平均纖維厚度um 4 6 技術(shù)指標(biāo)測(cè)試值 纖度d t e x1 9 纖維直徑um約1 4 切取長(zhǎng)度m6 纖維密度 1 1 8 纖維數(shù)g8 7 億 最大拉伸率8 1 2 抗拉強(qiáng)度”a5 0 0 、9 0 1 2 技術(shù)指標(biāo) 測(cè)試值 p h 值7 纖維長(zhǎng)度m m6 纖維直徑pm5 纖維密度( g c “) 2 5 5 2 2 。3 礦料級(jí)配組成設(shè)計(jì) 對(duì)于s m a 1 0 的配合比設(shè)計(jì)按照公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范( j t g f 4 0 2 0 0 4 ) 中的有關(guān)條文進(jìn)行。為研究不同纖維對(duì)s m a 1 0 的影響，不同纖維的 添加量都選擇為瀝青混合料總質(zhì)量的3 。在各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)滿(mǎn)足要求的前提下， 確定s m a 1 0 的級(jí)配，級(jí)配見(jiàn)表2 5 。 表2 5s m a 1 0 級(jí)配設(shè)計(jì) 材料 9 5 m4 7 5 口2 3 6 m 1 1 8 m m0 0 6 口0 0 3 m m0 1 5 m m 礦粉水泥 百分比5 05 8 o1 4 04 53 52 01 59 52 o 2 2 4 s m a 一1 0 混合料設(shè)計(jì)的檢驗(yàn) 表2 6s m a 1 0 馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果 最佳礦料有效理論毛體積空隙礦料間瀝青飽穩(wěn)定 纖維類(lèi)型 油石相對(duì)密度密度密度 壅 隙率和度度 流值v c a l - ，v c a 雌c ( 口)( * )( ) 比 ( g c )( g c 4 )( g c m )( ) v m a ( )v f a ( )( k n ) ， 木質(zhì)纖維 5 92 8 0 52 5 5 92 4 5 23 91 7 37 7 57 2 5 63 0 1 90 9 74