瀝青路面纖維增強封層抗裂強度模型的建立與評價

夏英志+王海有+張丹+楊松+薛秋香

【摘要】在總結國內外已有試驗經驗的基礎上，通過瀝青路面纖維增強封層抗裂強度模型的建立，提出纖維瀝青封層抗裂概率強度理論，通過分析“臨界區”內短纖維的分布特點，將其分為終止纖維和橋聯纖維，終止纖維對結構強度貢獻不大，主要由橋聯纖維發揮作用，根據短纖維這一受力特點，通過分析短纖維的概率分布函數，推導出纖維瀝青封層抗裂概率強度預估模型。

【關鍵詞】瀝青路面;纖維;封層;強度模型

Fiber reinforced sealing layer of asphalt pavement cracking strength model and evaluation

Xia Ying-zhi1，Wang Hai-you2，Zhang Dan3，Yang Song4，Xue Qiu-xiang5

（1.Henan Urban Construction CollegePingdingshanHenan467001;

2.Pingdingshan City Highway AdministrationPingdingshanHenan467000;

3.Forest Road， Pingdingshan Highway Administration OfficePingdingshanHenan467000;

4.Pingdingshan Highway Traffic Survey and Design InstitutePingdingshanHenan467000;

5.Pingdingshan smooth road Co.ltdPingdingshanHenan467000）

【Abstract】In summing up the experience at home and abroad on the basis of existing test， through the establishment of a fiber-reinforced asphalt pavement crack sealing layer strength model proposed fiber asphalt crack sealing layer probability strength theory， by analyzing the distribution characteristics of a "critical area" within a short fiber， will be divided into terminating fiber and bridging fibers， terminating fiber contribute little to the structural strength， mainly by bridging fibers play a role， according to the mechanical characteristics of short fibers， staple fibers by analyzing the probability distribution function deduced fiber asphalt crack sealing layer probability intensity forecast models.

【Key words】Asphalt pavement;Fiber;Sealing layer;Strength Model

1. 引言

在瀝青纖維封層中，纖維的嵌鎖咬合作用，提高了開裂斷面抗剪切傳荷能力，纖維的存在使纖維封層表面的裂縫尖端的應力減小，有效的阻止了裂縫的進一步的擴展。同時，纖維封層能降低裂縫尖端的應力，起到阻裂的作用，對提高路面耐久、抗滲、耐磨等性能起到積極地作用。

2. 抗裂強度模型

纖維瀝青層是瀝青纖維增強封層抗裂性能的主要貢獻者，它是一種以瀝青為基體相，短纖維為增強相的復合材料，短纖維隨機分布于瀝青層中，相互搭接構成網狀增強體，對其路用性能起到了極大地改善作用，在研究其力學問題時，需要涉及纖維的排列情況、纖維和基體的性能及界面性能等。

2.1概率強度。

按纖維瀝青層的結構組成特點，可以將其歸為一類復合材料——隨機短纖維增強復合材料。由于短纖維分布位置及方向的隨機性，導致復合材料的強度也具有一定的概率性，故通過概率的形式來表征纖維增強瀝青的強度。本文將以概率形式表達的強度稱為纖維瀝青層的概率強度。

2.2臨界區及纖維分布。

概率強度與一定區域內短纖維的分布具有直接聯系，因此，必須對這一區域內短纖維的分布進行具體的分析，這里本文將一定的區域稱為“臨界區”，如圖1（a）所示。臨界區的寬度為βl，其中，0<βl≤1。這樣，由于纖維分布的隨機性，有些纖維的端點終止于該“臨界區”內，而有些纖維則整體跨過該“臨界區”。這樣，第一類纖維可以認為對該斷面的承載無任何貢獻，而第二類纖維對復合材料強度至關重要。我們將第一類纖維稱為“終止纖維”，將第二類纖維稱為“橋聯纖維”，如圖1（b）所示。

圖1復合材料“臨界區”示意圖

2.3抗裂強度預估。

（1）纖維概率分布研究。

由于基體中短纖維分布是隨機的，因此，“臨界區”內“終止纖維”和“橋聯纖維”的數量也是隨機的，但我們可以通過概率的形式來反映“終止纖維”和“橋聯纖維”的數量。如圖2所示，為短纖維分布的幾何模型。

3. 小結

（1）通過瀝青路面纖維增強封層抗裂強度模型的建立，提出纖維瀝青封層抗裂概率強度理論，通過分析“臨界區”內短纖維的分布特點，將其分為終止纖維和橋聯纖維，終止纖維對結構強度貢獻不大，主要由橋聯纖維發揮作用，根據短纖維這一受力特點，通過分析短纖維的概率分布函數，推導出纖維瀝青封層抗裂概率強度預估模型。

（2）通過纖維概率分布研究和纖維受力分析得出概率強度公式。由公式可知，在一定條件下，當纖維和瀝青種類確定時，纖維瀝青封層的強度是短纖維體積含量Vf的函數，與Vf成正比關系。

參考文獻

[1]申愛琴等.瀝青路面層間處置新材料及施工關鍵技術研究[R].2009.

[2]趙艷新，張莉.改性乳化瀝青纖維封層在路面面層施工中的應用.遼寧省交通高等專科學校學報，2007，9（4）：24～25.

[3]朱春鳳.玻璃纖維改善瀝青混凝土性能的理論和試驗研究[D].吉林：吉林大學，2007.

[4]長安大學、陜西省公路局.瀝青路面抗滑表層技術研究[R].2004.

[5]Brosseaud Y， Bellanger J， Gourdon J， Thinner and Thinner Asphalt Layers for the Maintenance of French Roads. Transportation Research Record TRR1334，1992.

[6]劉少偉等.五種方案薄層瀝青混凝土罩面試驗段的比較分析和評價[C].中國公路學會學術年會論文集.2005.

[7]沙慶林.瀝青面層的技術狀況和發展方向[J].公路，2003，（8）：1～4.

[8]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[9]劉中林，田文，史建方，譚發茂.高等級公路瀝青混凝土路面新技術[M].北京：人民交通出版社，2002.

[10]JTG? F40-2004.公路瀝青路面施工技術規范[S].

[11]JTG? H10-2009.公路養護技術規范[S].

[基金項目]河南省2013年科技發展計劃項目（132102210464）：瀝青路面纖維增強封層關鍵技術研究。

[文章編號]1619-2737（2014）10-20-815

[作者簡介] 夏英志（1977.11-），男，職稱：副教授，在讀博士;主要研究方向：道路材料及路基處理技術。

【摘要】在總結國內外已有試驗經驗的基礎上，通過瀝青路面纖維增強封層抗裂強度模型的建立，提出纖維瀝青封層抗裂概率強度理論，通過分析“臨界區”內短纖維的分布特點，將其分為終止纖維和橋聯纖維，終止纖維對結構強度貢獻不大，主要由橋聯纖維發揮作用，根據短纖維這一受力特點，通過分析短纖維的概率分布函數，推導出纖維瀝青封層抗裂概率強度預估模型。

【關鍵詞】瀝青路面;纖維;封層;強度模型

Fiber reinforced sealing layer of asphalt pavement cracking strength model and evaluation

Xia Ying-zhi1，Wang Hai-you2，Zhang Dan3，Yang Song4，Xue Qiu-xiang5

（1.Henan Urban Construction CollegePingdingshanHenan467001;

2.Pingdingshan City Highway AdministrationPingdingshanHenan467000;

3.Forest Road， Pingdingshan Highway Administration OfficePingdingshanHenan467000;

4.Pingdingshan Highway Traffic Survey and Design InstitutePingdingshanHenan467000;

5.Pingdingshan smooth road Co.ltdPingdingshanHenan467000）

【Abstract】In summing up the experience at home and abroad on the basis of existing test， through the establishment of a fiber-reinforced asphalt pavement crack sealing layer strength model proposed fiber asphalt crack sealing layer probability strength theory， by analyzing the distribution characteristics of a "critical area" within a short fiber， will be divided into terminating fiber and bridging fibers， terminating fiber contribute little to the structural strength， mainly by bridging fibers play a role， according to the mechanical characteristics of short fibers， staple fibers by analyzing the probability distribution function deduced fiber asphalt crack sealing layer probability intensity forecast models.

【Key words】Asphalt pavement;Fiber;Sealing layer;Strength Model

1. 引言

在瀝青纖維封層中，纖維的嵌鎖咬合作用，提高了開裂斷面抗剪切傳荷能力，纖維的存在使纖維封層表面的裂縫尖端的應力減小，有效的阻止了裂縫的進一步的擴展。同時，纖維封層能降低裂縫尖端的應力，起到阻裂的作用，對提高路面耐久、抗滲、耐磨等性能起到積極地作用。

2. 抗裂強度模型

纖維瀝青層是瀝青纖維增強封層抗裂性能的主要貢獻者，它是一種以瀝青為基體相，短纖維為增強相的復合材料，短纖維隨機分布于瀝青層中，相互搭接構成網狀增強體，對其路用性能起到了極大地改善作用，在研究其力學問題時，需要涉及纖維的排列情況、纖維和基體的性能及界面性能等。

2.1概率強度。

按纖維瀝青層的結構組成特點，可以將其歸為一類復合材料——隨機短纖維增強復合材料。由于短纖維分布位置及方向的隨機性，導致復合材料的強度也具有一定的概率性，故通過概率的形式來表征纖維增強瀝青的強度。本文將以概率形式表達的強度稱為纖維瀝青層的概率強度。

2.2臨界區及纖維分布。

概率強度與一定區域內短纖維的分布具有直接聯系，因此，必須對這一區域內短纖維的分布進行具體的分析，這里本文將一定的區域稱為“臨界區”，如圖1（a）所示。臨界區的寬度為βl，其中，0<βl≤1。這樣，由于纖維分布的隨機性，有些纖維的端點終止于該“臨界區”內，而有些纖維則整體跨過該“臨界區”。這樣，第一類纖維可以認為對該斷面的承載無任何貢獻，而第二類纖維對復合材料強度至關重要。我們將第一類纖維稱為“終止纖維”，將第二類纖維稱為“橋聯纖維”，如圖1（b）所示。

圖1復合材料“臨界區”示意圖

2.3抗裂強度預估。

（1）纖維概率分布研究。

由于基體中短纖維分布是隨機的，因此，“臨界區”內“終止纖維”和“橋聯纖維”的數量也是隨機的，但我們可以通過概率的形式來反映“終止纖維”和“橋聯纖維”的數量。如圖2所示，為短纖維分布的幾何模型。

3. 小結

（1）通過瀝青路面纖維增強封層抗裂強度模型的建立，提出纖維瀝青封層抗裂概率強度理論，通過分析“臨界區”內短纖維的分布特點，將其分為終止纖維和橋聯纖維，終止纖維對結構強度貢獻不大，主要由橋聯纖維發揮作用，根據短纖維這一受力特點，通過分析短纖維的概率分布函數，推導出纖維瀝青封層抗裂概率強度預估模型。

（2）通過纖維概率分布研究和纖維受力分析得出概率強度公式。由公式可知，在一定條件下，當纖維和瀝青種類確定時，纖維瀝青封層的強度是短纖維體積含量Vf的函數，與Vf成正比關系。

參考文獻

[1]申愛琴等.瀝青路面層間處置新材料及施工關鍵技術研究[R].2009.

[2]趙艷新，張莉.改性乳化瀝青纖維封層在路面面層施工中的應用.遼寧省交通高等專科學校學報，2007，9（4）：24～25.

[3]朱春鳳.玻璃纖維改善瀝青混凝土性能的理論和試驗研究[D].吉林：吉林大學，2007.

[4]長安大學、陜西省公路局.瀝青路面抗滑表層技術研究[R].2004.

[5]Brosseaud Y， Bellanger J， Gourdon J， Thinner and Thinner Asphalt Layers for the Maintenance of French Roads. Transportation Research Record TRR1334，1992.

[6]劉少偉等.五種方案薄層瀝青混凝土罩面試驗段的比較分析和評價[C].中國公路學會學術年會論文集.2005.

[7]沙慶林.瀝青面層的技術狀況和發展方向[J].公路，2003，（8）：1～4.

[8]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[9]劉中林，田文，史建方，譚發茂.高等級公路瀝青混凝土路面新技術[M].北京：人民交通出版社，2002.

[10]JTG? F40-2004.公路瀝青路面施工技術規范[S].

[11]JTG? H10-2009.公路養護技術規范[S].

[基金項目]河南省2013年科技發展計劃項目（132102210464）：瀝青路面纖維增強封層關鍵技術研究。

[文章編號]1619-2737（2014）10-20-815

[作者簡介] 夏英志（1977.11-），男，職稱：副教授，在讀博士;主要研究方向：道路材料及路基處理技術。

【摘要】在總結國內外已有試驗經驗的基礎上，通過瀝青路面纖維增強封層抗裂強度模型的建立，提出纖維瀝青封層抗裂概率強度理論，通過分析“臨界區”內短纖維的分布特點，將其分為終止纖維和橋聯纖維，終止纖維對結構強度貢獻不大，主要由橋聯纖維發揮作用，根據短纖維這一受力特點，通過分析短纖維的概率分布函數，推導出纖維瀝青封層抗裂概率強度預估模型。

【關鍵詞】瀝青路面;纖維;封層;強度模型

Fiber reinforced sealing layer of asphalt pavement cracking strength model and evaluation

Xia Ying-zhi1，Wang Hai-you2，Zhang Dan3，Yang Song4，Xue Qiu-xiang5

（1.Henan Urban Construction CollegePingdingshanHenan467001;

2.Pingdingshan City Highway AdministrationPingdingshanHenan467000;

3.Forest Road， Pingdingshan Highway Administration OfficePingdingshanHenan467000;

4.Pingdingshan Highway Traffic Survey and Design InstitutePingdingshanHenan467000;

5.Pingdingshan smooth road Co.ltdPingdingshanHenan467000）

【Abstract】In summing up the experience at home and abroad on the basis of existing test， through the establishment of a fiber-reinforced asphalt pavement crack sealing layer strength model proposed fiber asphalt crack sealing layer probability strength theory， by analyzing the distribution characteristics of a "critical area" within a short fiber， will be divided into terminating fiber and bridging fibers， terminating fiber contribute little to the structural strength， mainly by bridging fibers play a role， according to the mechanical characteristics of short fibers， staple fibers by analyzing the probability distribution function deduced fiber asphalt crack sealing layer probability intensity forecast models.

【Key words】Asphalt pavement;Fiber;Sealing layer;Strength Model

1. 引言

在瀝青纖維封層中，纖維的嵌鎖咬合作用，提高了開裂斷面抗剪切傳荷能力，纖維的存在使纖維封層表面的裂縫尖端的應力減小，有效的阻止了裂縫的進一步的擴展。同時，纖維封層能降低裂縫尖端的應力，起到阻裂的作用，對提高路面耐久、抗滲、耐磨等性能起到積極地作用。

2. 抗裂強度模型

纖維瀝青層是瀝青纖維增強封層抗裂性能的主要貢獻者，它是一種以瀝青為基體相，短纖維為增強相的復合材料，短纖維隨機分布于瀝青層中，相互搭接構成網狀增強體，對其路用性能起到了極大地改善作用，在研究其力學問題時，需要涉及纖維的排列情況、纖維和基體的性能及界面性能等。

2.1概率強度。

按纖維瀝青層的結構組成特點，可以將其歸為一類復合材料——隨機短纖維增強復合材料。由于短纖維分布位置及方向的隨機性，導致復合材料的強度也具有一定的概率性，故通過概率的形式來表征纖維增強瀝青的強度。本文將以概率形式表達的強度稱為纖維瀝青層的概率強度。

2.2臨界區及纖維分布。

概率強度與一定區域內短纖維的分布具有直接聯系，因此，必須對這一區域內短纖維的分布進行具體的分析，這里本文將一定的區域稱為“臨界區”，如圖1（a）所示。臨界區的寬度為βl，其中，0<βl≤1。這樣，由于纖維分布的隨機性，有些纖維的端點終止于該“臨界區”內，而有些纖維則整體跨過該“臨界區”。這樣，第一類纖維可以認為對該斷面的承載無任何貢獻，而第二類纖維對復合材料強度至關重要。我們將第一類纖維稱為“終止纖維”，將第二類纖維稱為“橋聯纖維”，如圖1（b）所示。

圖1復合材料“臨界區”示意圖

2.3抗裂強度預估。

（1）纖維概率分布研究。

由于基體中短纖維分布是隨機的，因此，“臨界區”內“終止纖維”和“橋聯纖維”的數量也是隨機的，但我們可以通過概率的形式來反映“終止纖維”和“橋聯纖維”的數量。如圖2所示，為短纖維分布的幾何模型。

3. 小結

（1）通過瀝青路面纖維增強封層抗裂強度模型的建立，提出纖維瀝青封層抗裂概率強度理論，通過分析“臨界區”內短纖維的分布特點，將其分為終止纖維和橋聯纖維，終止纖維對結構強度貢獻不大，主要由橋聯纖維發揮作用，根據短纖維這一受力特點，通過分析短纖維的概率分布函數，推導出纖維瀝青封層抗裂概率強度預估模型。

（2）通過纖維概率分布研究和纖維受力分析得出概率強度公式。由公式可知，在一定條件下，當纖維和瀝青種類確定時，纖維瀝青封層的強度是短纖維體積含量Vf的函數，與Vf成正比關系。

參考文獻

[1]申愛琴等.瀝青路面層間處置新材料及施工關鍵技術研究[R].2009.

[2]趙艷新，張莉.改性乳化瀝青纖維封層在路面面層施工中的應用.遼寧省交通高等專科學校學報，2007，9（4）：24～25.

[3]朱春鳳.玻璃纖維改善瀝青混凝土性能的理論和試驗研究[D].吉林：吉林大學，2007.

[4]長安大學、陜西省公路局.瀝青路面抗滑表層技術研究[R].2004.

[5]Brosseaud Y， Bellanger J， Gourdon J， Thinner and Thinner Asphalt Layers for the Maintenance of French Roads. Transportation Research Record TRR1334，1992.

[6]劉少偉等.五種方案薄層瀝青混凝土罩面試驗段的比較分析和評價[C].中國公路學會學術年會論文集.2005.

[7]沙慶林.瀝青面層的技術狀況和發展方向[J].公路，2003，（8）：1～4.

[8]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[9]劉中林，田文，史建方，譚發茂.高等級公路瀝青混凝土路面新技術[M].北京：人民交通出版社，2002.

[10]JTG? F40-2004.公路瀝青路面施工技術規范[S].

[11]JTG? H10-2009.公路養護技術規范[S].

[基金項目]河南省2013年科技發展計劃項目（132102210464）：瀝青路面纖維增強封層關鍵技術研究。

[文章編號]1619-2737（2014）10-20-815

[作者簡介] 夏英志（1977.11-），男，職稱：副教授，在讀博士;主要研究方向：道路材料及路基處理技術。