纤维沥青混凝土力学性能及计算方法

纤维沥青混凝土力学性能及计算方法

随着公路运输业的快速发展,传统路面材料和结构普遍存在车辙、坑槽、松散等早期损坏现象,难以满足现代交通的需求。纤维沥青混凝土以其优良的路用性能得到越来越多的重视。

本文通过试验和理论分析,深入研究纤维沥青混凝土的路用和力学性能,主

要内容如下：(1)通过12个级配纤维沥青混凝土的马歇尔试验,研究了纤维类型、纤维掺量和长径比对纤维沥青混凝土级配的影响,得到了纤维沥青混凝土的最佳沥青用量；用纤维含量特征参数综合反映纤维体积率和长径比对沥青混凝土最佳沥青用量的影响,提出了在基体沥青混凝土最佳沥青用量基础上确定纤维沥青混凝土最佳沥青用量的计算方法。在最佳沥青用量下进行纤维沥青混凝土的马歇尔试验、高温车辙试验和浸水马歇尔试验,分析了纤维沥青混凝土组成与路用性能之间的关系。

(2)通过240个纤维沥青混凝土小梁试件的弯曲试验,研究了温度、纤维类型、纤维体积率和长径比对纤维沥青混凝土弯曲性能的影响,建立了考虑纤维含量特征参数影响的纤维沥青混凝土弯曲性能指标的计算模型。结果表明,在-30℃～15℃范围内,纤维沥青混凝土弯拉强度随温度的升高先增大然后减小,O℃时取得最大值,此时纤维沥青混凝土表现出明显的应力软化特征；在合适的纤维体积率和长径比条件下,纤维能提高沥青混凝土的低温抗裂性能和高温抗变形能力。

(3)通过24个15℃条件下聚酯纤维沥青混凝土小梁试件的弯曲蠕变试验,研究了纤维体积率和长径比对蠕变试验参数的影响；以Burgers模型和修正的Burgers模型为基础,建立了纤维沥青混凝土粘弹性力学模型和考虑纤维体积率

和长径比综合影响的纤维沥青混凝土蠕变本构方程,并进行了粘弹性分析。结果

表明,当纤维含量特征参数为1.13时,聚酯纤维沥青混凝土具有较好的抵抗弹性变形、粘性流动变形、车辙变形能力和卸载后粘弹性变形自愈能力；在分析纤维沥青混凝土蠕变变形特征的基础上,提出了表征纤维沥青混凝土粘弹性能的“五单元八参数”新模型,利用该模型对纤维沥青混凝土进行了粘弹性分析。

结果表明,该模型能体现纤维沥青混凝土的流变时间特征,更好地表征纤维沥青混凝土的蠕变变形性能。(4)通过240个纤维沥青混凝土试件的劈裂试验,研究了纤维类型、纤维体积率、纤维长径比及温度对纤维沥青混凝土劈裂性能的影响,建立了温度与聚酯纤维和玄武岩矿物纤维沥青混凝土劈裂试验参数的关系式以及考虑纤维含量特征参数影响的聚酯纤维沥青混凝土劈裂试验参数的计算模型。

(5)通过128个聚酯纤维沥青混凝土试件的劈裂疲劳试验,研究了疲劳加载应力水平、纤维体积率和纤维长径比对沥青混凝土劈裂疲劳性能的影响。结合损伤力学理论,分别建立了现象学法和损伤力学法相统一的纤维沥青混凝土疲劳破坏准则以及考虑加载频率、纤维体积率和长径比综合影响的纤维沥青混凝土疲劳寿命计算模型。

(6)通过24个聚酯纤维沥青混凝土的约束试件温度应力试验,研究了纤维体积率和长径比对沥青混凝土低温抗裂性能的影响,建立了考虑纤维体积率和长径比综合影响的纤维沥青混凝土TSRST试验参数的计算模型和纤维沥青混凝土路面温度应力计算模型。本文纤维沥青混凝土路用和力学性能的研究表明,当聚酯纤维体积率为0.35%、长径比为324时,聚酯纤维沥青混凝土具有较好的路用性能、弯曲性能、劈裂性能、疲劳耐久性能以及低温抗裂性能；当玄武矿物纤维体积率为0.52%时,玄武矿物纤维沥青混凝土也具有类似性能。