纖維在瀝青混凝土優化中的應用

重慶交通大學 400074

摘要：近年來的研究表明，發展纖維瀝青混凝土是提高高性能瀝青混凝土質量的重要途徑。纖維瀝青混凝土通常是瀝青混凝土為基材，以非連續的短纖維或者連續的長纖維作增強材料所組成的水泥基復合材料，主要作用是通過橋接作用來限制圍觀裂縫的發展，從而改善混凝土的性能。通過研究普通及纖維瀝青混合料各項路用性能及力學性能，表明添加纖維能顯著改善瀝青混合料的高溫穩定性、低溫抗裂性及水穩定性能，并且能有效增加混合料的整體性與柔韌性。

關鍵詞：瀝青混凝土；纖維；阻裂

纖維瀝青混凝土路用性能力學性能橋面鋪裝施工隨著我國公路交通事業的發展，大跨徑橋梁逐漸增多，鋪裝層的質量好壞和使用耐久性直接影響到行車的安全性、舒適性、橋梁的耐久性及投資效益。大跨徑橋梁的橋面鋪裝，往往因為交通量大，沒有替代的其他疏散道路而使得維護較為困難，所以，需要橋面鋪裝有較長的使用壽命。

同時，對于道路而言也有相同的要求。目前，減少道路病害，提高道路壽命的研究為世界各國所重視。瀝青路面的設計大修期為15年，而目前我國的瀝青路面往往8年～10年就需要進行檢修。以路面壽面30年計，資料表明這期間用于道路的維修費用幾乎等于新建道路的投資。由此可見提高公路壽命，延緩檢修期至關重要。影響公路質量重要的因素之一是路面損傷，其中最突出的變現為路面斷裂。

為了適應現代交通對瀝青混凝土提出的越來越高的要求，就要對瀝青混凝土進行優化。采用纖維的瀝青混凝土可以有效減緩裂縫發展速度，延長路面使用壽命，提高路面使用性能。初次之外，纖維的參加還可以顯著提高高溫穩定性能，可用于橋面鋪裝、舊水泥混凝土路面罩面等。

此文在諸多纖維瀝青混凝土的研究基礎上，分析總結了纖維瀝青混凝土的作用。并且對纖維瀝青混凝土的阻裂機理進行詳細描述。

一、纖維在瀝青混凝土優化中的作用

1、等同于混凝土中的配筋

瀝青混凝土是一種靠瀝青粘合在一起的散料組合體，可以認為是不承受拉應力的。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，即可承受拉應力。纖維通過與骨料的嚙合作用，形成較大的摩擦角，同時加上瀝青膠漿的黏聚作用，將基本的拉應力傳遞給纖維，并主要由纖維來承擔。纖維在混合料中以三維分散存在，起到了加強筋的作用，增加了瀝青與礦料的粘附性，提高了集料之間的粘結力。

2、提高瀝青混凝土的高溫穩定性

纖維使瀝青膜處于比較穩定的狀態，尤其是在夏天高溫季節，瀝青受熱膨脹時，纖維內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，同時可以改善瀝青混合料高溫穩定性。

3、提高集料之間的粘結力

纖維可以提高瀝青的粘結力，增加瀝青與礦物的粘附性，通過油膜的粘結，提高集料之間的粘結力，從力學性能上看，表現為瀝青混合料的馬歇爾穩定度的提高。

4、阻裂作用

近代膠漿理論認為瀝青混凝土是以瀝青為唯一連續相的多級空間網狀結構的分散體系，因此瀝青的破壞將意味著結構體系的破壞。但在纖維增強瀝青混凝土中，纖維網作為更為強大的第二連續相在瀝青破壞時仍能維持體系的整體性，將會在一定程度上阻止基本破壞的擴展。通俗的來說，在瀝青混凝土破壞出現裂縫的時候，纖維連接在瀝青混凝土的內部猶如一雙手牽制著裂縫的擴展。

5、抗滲、抗凍性能的提高

對于一些北方或者寒冷區域的路面以及橋面鋪裝，抗滲、抗凍性能是瀝青混凝土的耐久性的重要指標。其中纖維在混凝土中呈現三維亂向分布，使的混凝土材料失水面積有所減少，水分遷移較為困難，從而使毛細管失水收縮形成的毛細管張力、吸附水和分子間力作用等有所減少。可以起到阻斷混凝土內毛細作用的效果，從而抗滲效果提高；纖維加入到混凝土中后，混凝土中含有大量的亂向的細微纖維，增加了材料的抗裂性能，使得混凝土的抗滲、抗凍性能得以提高。

二、纖維瀝青混凝土的阻裂機理

1、纖維間距理論

纖維間距理論是1963年由Romualdi.J.P和Batson.J.B提出的。該理論建立在線彈性斷裂力學的基礎上，認為混凝土內部有尺度不同的微裂縫、孔隙和缺陷，在施加外力時，孔、縫部位產生大的應力集中引起裂縫的擴散，最終導致結構破壞。因此，提高像混凝土一類脆性材料的抗拉強度，減少與縮小其裂縫源的尺度和數量，緩和裂縫尖端應力集中程度，提高抑制裂縫引伸與發展的能力是至關重要的。

2、混合原理

將這一理論用于分析纖維增強或其他復合材料時大多是將復合材料視為多相體；對纖維混凝土的簡化是以纖維為一相，以混凝土為一相的兩相復合材料，復合材料的性能為各相性能的加和值。

3、順向不連續纖維復合材料的理論模式

該理論假定在不連續纖維的復合材料中，纖維長度一定，在基體中有規律地沿受力方向分布，荷載由基體通過基體和纖維的界面傳遞給纖維，由于纖維和基體在應變上的差異將在纖維周圍沿著纖維軸向產生分布不均勻的剪應力，剪應力是沿纖維兩端最大，當中位零；拉應力則相反。其間的粘結使得（剪應力）基體中傳給纖維的力經過一定的傳遞長度后，才使纖維中的拉應力達到恒定值。復合材料的破壞形態是纖維被拉斷。

4、亂向不連續纖維復合材料理論

這是當今最常用的配纖方式，它與定向連續纖維復合材料相比最大的不同點是纖維的亂向分布和短尺度，因此，在分析亂向短纖維復合材料時，必須同時考慮纖維的取向、長度及其與基體的界面粘結性狀。該理論需要同時考慮以下幾個參數，方向有效系數，界面粘結系數，長度有效系數以及極限強度和臨界體積率。

三、結語

目前國內外已經對纖維瀝青混凝土展開深入研究和廣泛應用，利用纖維增強瀝青混合料，由于纖維的吸附、穩定以及多向加筋作用，可以較好地改善瀝青混合料的高溫穩定性能、低溫抗裂性能以及高寒地區的抗滲、抗冰凍性能，提高了抗車轍及抗滑能力和疲勞耐久性、延緩彎沉的增加。

參考文獻：

[1]姚麗，胡曉旭.關于纖維對瀝青混凝土路面抗裂作用的研究[J].遼寧省交通高等專科學校學報，1996。

[2]劉益群.纖維在瀝青瑪蹄脂中的作用與性能[J].上海市政工程，2000。

[3]張爭奇，胡長順.纖維加強瀝青混凝土幾個問題的研究和探討[J].西安公路交通大學學報，2001。

[4]魯華英，陳小麗，郭彥章. 纖維瀝青混凝土的作用及機理[J].中外公路，2004。

[5]邢愛萍，孔永健.纖維加強瀝青路面在我國的應用[J].東北公路，2003。