浅析纤维沥青混凝土在提高路面品质方面的作用

　　摘  要：纤维沥青混凝土有助于提高路面的高温稳定性、低温阻裂性，降低荷载作用造成的疲劳应力，提高路面的疲劳寿命。本文通过加强沥青混合料的室内试验对纤维的长径比最佳用量进行分析。

　　关键词：纤维沥青混凝土；纤维用量；长径比

　　沥青路面具有平整度好、便于施工等方面的优势，成为主要的路面结构。但是沥青路面在实际使用中存在许多技术和质量方面的问题，在沥青混合料中掺加纤维后，能提高路面的高温稳定性、低温阻裂性，降低荷载作用造成的疲劳应力，提高路面的疲劳寿命。但是对纤维的长径比和用量控制及纤维沥青混凝土的施工工艺制定都有一定的要求，如果制定的不合理既不能提高纤维沥青混凝土的路用性能，又增加了工程造价，严重时不得不翻修，带来巨大的经济损失。

　　一、纤维在沥青混凝土中的作用

　　（一）加筋作用

　　沥青混凝土是一种靠沥青粘合在起的散料组合体，可以认为是不承受拉应力的。而在纤维沥青混凝土中，纤维的作用等同于钢筋混凝土中钢筋的作用，可承受拉应力纤维通过与骨料的咬合作用，形成较大的摩擦角，同时加上沥青胶浆的粘聚作用，将基体的拉应力传递给纤维并主要由纤维来 的粘聚作用，增加了沥青与矿料的粘附性，提高了集料之间的粘结力。

　　（二）吸附和吸收沥青的作用

　　沥青混合料中加入纤维稳定剂后，这些纤维能够充分吸 附（表面）及吸收（内部）沥青，从而使沥青油膜用量增加， 沥青油膜变厚，以加强沥青混凝土在大空隙情况下的粘结 力，增强耐久性。其主要用于低噪音、抗滑性能好的沥青碎 石玛蹄脂类混合料  。

　　（三）稳定作用

　　纤维使沥青膜处于比较稳定的状态，尤其是在夏天高温 季节，沥青受热膨胀时，纤维内部的空隙将具有一定的缓冲 作用，不至于使之成为自由沥青而泛油，同时可以改善沥青 混合料的高温稳定性。

　　（四）增粘作用

　　纤维可以提高沥青的粘结力，增加沥青 与矿物的补附性，通过油膜的粘结，提高集料之间的粘结力。 从力学性能上看，表现为沥青混合料的马歇尔稳定度的提 高。

　　（五）阻裂作用

　　近代胶浆理论认为，沥青混凝土是以沥青为唯一连续相的多级空间网状结构的分散体系。因此沥青的破坏将意味着结构体系的破坏。但在纤维增强沥青混凝土中，纤维网作为更强大的第二连续相在沥青破坏时仍能维持体系的整体性?将会在一定程度上阻止基体破坏的扩展。

　　（六）增韧作用

　　纤维能够增强对集料颗粒的握裹力，保 证沥青路面的整体性而不易松散，提高了混合料的低温抗裂 性，从而对沥青起到了增韧作用。

　　综上所述，纤维对提高沥青混凝土路面性能的作用主要体现在以下几个方面：

　　1、减少或延缓反射裂缝的出现。

　　2、提高路面抗车辙的能力。

　　3、提高沥青路面疲劳寿命。

　　4、提高沥青路面的高温稳定性。

　　5、增强沥青路面的低温抗裂能力。

　　6、减少沥青路面的水损坏。

　　7、减薄沥青路面的厚 度。

　　二、纤维最佳用量

　　最佳纤维用量的确定是衡量纤维加筋沥青混凝土的力学性能及经济指标的重要依据。在一定的纤维体积率范围内,纤维沥青的强度和模量随着纤维体积率的增加而增加,大量试验也验证了该观点。纤维体积率小于纤维的临界体积率时,纤维起不到加筋作用,仅仅在沥青中起到分散作用,有时反而会降低沥青的强度。但纤维体积率也不能过大,纤维掺量过多,纤维比表面积增加,包裹在每根纤维周围的沥青胶浆体减少,导致纤维与沥青间粘结力不足。纤维过多还将造成拌和困难,使纤维不能均匀分布,影响材料的强度。另外,纤维掺量的增加也提高了路面造价。

　　有研究用复合材料的理论计算芳纶纤维增强沥青混凝土的劲度模量,与劈裂实验得出的结果比较,当纤维掺量为0.2%时,理论值与试验值非常接近,而当纤维掺量为0.3%、0.5%时,理论值与试验值差别很大。这是因为,运用复合材料理论做计算时,往往要遵循一定的假设条件:纤维增强体在沥青基体中分布均匀、各向同性,纤维与沥青基体粘结良好。因此理论计算出来的结果是纤维用量越大,纤维增强沥青混凝土的劲度模量、强度及韧性就越高,而实际中由于沥青用量的不足、集料的要求跟不上、拌和工艺不成熟等,过多的纤维不能在沥青基体中分布粘结得很好,起不到应有的增韧作用。纤维结团成束后占有更大空间,使矿料相互接触受阻,尽管沥青用量也增大,但仍存留下较大的孔隙,相反会影响沥青混凝土的性能另外,纤维沥青混凝土是一种多相复合材料,材料的力学特征与纤维增强体、基体及纤维-基体的界面粘结性能有关。采用复合材料混合律理论计算材料的力学参数指标时,所考虑的纤维沥青受力状态都为初裂之前的状态。若发生沥青基体断裂或纤维脱胶,这些公式就不能使用。本文认为在确定纤维的最佳掺量时,应该以理论计算作参考,以室内实验结果作为主要依据,从实用性和经济性的角度出发,得出最佳的纤维用量。

　　三、纤维长径比对混合料性能的影响

　　根据复合材料的增强机理,纤维越长,直径越小,则纤维达到极限强度的长度越长,从而能较好发挥纤维的增强作用。但过长过细的纤维在与沥青混凝土拌和过程中容易结团,使纤维难以均匀分布,影响纤维沥青混合料的工作度。

　　（一）马歇尔试验

　　马歇尔试验是常规的沥青混合料组成设计试验,尤其适合于密实型沥青混合料,它能反映混合料的高温稳定性能。室内试验采用"埃索"70号进口沥青,根据四档玄武岩集料10～15mm、5～10mm、3～5mm和0～3mm,对沥青混合料进行了级配组成设计。

　　（二）劈裂疲劳试验

　　理论和试验都表明,路面在车轮荷载作用下,其结构内不同位置的应力应变状态也是不同的。虽然应力小于路面材料的抗拉强度,但随着作用次数的增加,路面结构强度逐渐下降,最后发生破坏,这就是材料疲劳引起的路面裂缝。

　　四、纤维的优缺点分析

　　（一）聚合物纤维对沥青混合料在感温性、耐疲劳方面的 改善还是较好的。但其造价最高，单位质量纤维根数最多，用量最少，一般情况下，木质素纤维用量为沥青混合料的3%， 聚合物纤维只需0.1%。

　　（二）木质索纤维沥青混合料具有很强的抗水损坏能力。 但混合料的最佳沥青用量会增加0.1%~0.3%。而且木质素 纤维在运输存储过程中容易吸潮，成团结块，影响其使用效 果  。

　　（三）钢纤维在抗高温性，抗裂性，耐疲劳等方面表现都 很好但其金属腐蚀是影响其路用性能的根源；其次金属与混 凝土的不相容性，使其与混合料的黏附性较差，另外就是后 期效应"凸尖现象" 。

　　（四）施工方面来讲，能否将纤维均匀分散在沥青混合料中是纤维能否发挥性能的关键 。

　　五、结语

　　纤维长径比不宜过小和过大,需根据室内试验得出一个临界值,在实际施工中,所用纤维长径比应略低于此临界值,以确保纤维发挥其最大效用。纤维的最佳掺量应该以理论计算作参考,以室内实验结果作为主要依据。不同类型纤维的最佳掺量有所不同,将纤维用量定在0.2%～0.25%时,其效益-成本比是最大的。

　　钢纤维、聚合物纤维、木质素纤维在不同程度上改善了沥青混合料高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、抗疲劳性等路用性能。从我国目前尚缺质量标准的情况下，选择品种主要还是从施工性能、混合料使用性能、成本等方面进行比合理选择纤维，使其在提高路面品质方面发挥其应有的作用。