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免费论文网> [管理科学][公共管理]新型纤维增强沥青路面的研究

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论文编号： lw200809231336408822

论文题目： [管理科学][公共管理]新型纤维增强沥青路面的研究

论文作者：潇霖

论文属性：学术论文

论文语言：中文

登出日期： 2008-09-23

字数： 3356

源程序：无

点击率： 58

价格：免费论文

论文大纲，目录

关键词搜索： 纤维增强沥青路面 复合材料理论 劈裂试验 损伤力学 疲劳寿命

　摘要：通过复合材料理论和劈裂试验的比较，确定了含纤维沥青混

凝土的劲度模量；利用损伤理论计算了已含表面裂缝沥青路面的疲劳寿

命，探讨了新型纤维增强沥青路面。

关键词：纤维增强沥青路面；复合材料理论；劈裂试验；损伤力学；疲

劳寿命

　　日益增长的经济建设对道路交通提出了越来越高的要求，围绕减少

道路病害，提高道路寿命的研究为世界各国所重视。沥青路面的设计大

修期为15年，而目前我国的沥青路面往往8年～10年就需要进行检修。

以路面寿命30年计，资料表明这期间用于道路的维修费用几乎等于新建

道路的投资。可见提高公路寿命，延缓检修期至关重要。影响公路质量

重要的因素之一是路面损伤，其中最突出的表现为路面裂缝。本文通过

复合材料理论和劈裂试验的比较，确定了含纤维沥青混凝土的劲度模量

；利用损伤理论计算了已含表面裂缝沥青路面的疲劳寿命，进而探讨了

新型纤维增强沥青路面，具有很高的经济价值。

1　含纤维沥青混凝土劲度模量的确定

1．1　复合材料理论与计算

　当短纤维加到沥青混凝土中，纤维与纤维、纤维与周围基体之间由

于纤维的不连续性而存在着复杂的相互作用，它会显著地影响复合材料

的韧性和破坏过程。那么，短纤维究竟如何影响复合材料的破坏过程？

在这个过程中，纤维究竟起到加筋作用、还是桥联作用即或是二者兼而

有之？很难判断。因此，本文在认为纤维任意分布在混凝土的前提下，

应用复合材料理论，在宏观上和试验的基础上，来确定含纤维沥青混凝土的劲度模

量，并探索了纤维含量的最佳值。国内外目前使用的纤维主要有木质素

纤维、芳纶纤维、玻璃纤维。本文使用芳纶纤维，因为芳纶纤维与沥青

混凝土的粘结性好。纤维和沥青混凝土的材料参数见表1。

由复合材料理论知［1，2］，纤维任意分布的复合材料的有效体积模量

和剪切模量分别为：

k/k0＝1/(1＋cp　) 　μ/μ0＝1/(1＋cp) （1）

式中　k，k0———分别为复合材料的有效体积模量和基体的体积模量；

μ，μ0———分别为复合材料的有效剪切模量和基体的剪切模量；

c———为增强体积百分含量。纤维沥青混凝土中，沥青混凝土为基体，纤维为增强体。

p＝p2/p1　q＝q2/q1 （2）

式中

p1＝1＋c［2（s1122＋s2222＋s2233－1）（a3＋a4）＋（s1111＋2S2211－1）（a1－2a2）］/3a

p2＝［a1－2（a2－a3－a4）］/3a （3）

q1＝1－c｛2/5[(2S1212－1)/[2S1212＋μ0/（μ1－μ0）]]＋1/3

(2S2323－1)/[2S2323＋μ0/（μ1－μ0）]－1/15a×［（s1122－s2233）

（2a3－a4＋a5a）＋2（s1111－s2211－1）×（a1＋a2）＋（s1122－s2222＋1）（2a3－a4＋a5a）］｝

q2＝－2/5[2S1212－1/

2S1212＋μ0/（μ1－μ0）]－1/3

[1/2S2323＋μ0/（μ1－μ0）]＋1/15a×［2（a1＋a2－a3）＋a4＋a5a）］（4）免费论文网【http://www.51lunwen.net】

s1111＝0，　s2211＝s3311＝v0/[2（1－v0）]

s2222＝s3333＝(5－4v0)/[8（1－v0）]，s2323＝(3－4v0)/[8（1－v0）]

s2233＝S3322＝(4v0－1)/[8（1－V0）]，s2323＝(3－4V0)/[8（1－v0）]

s1122＝s1133＝0，s1212＝s1313＝1/4 （5）

a1＝6（k1－k0）（μ1－μ0）（s2222＋s2233－1）－2（k0μ1－k1μ0）＋6k1（μ－μ0）

a2＝6（k1－k0）（μ1－μ0）s1133＋2（k0μ1－k1μ0）

a3＝－6（k1－k0）（μ1－μ0）s3311－2（k0μ1－k1μ0）

a4＝6（k1－k0）（μ1－μ0）（s1111－1）＋2（k0μ1－k1μ0）＋6μ1（k1－k0）

a5＝1/［s3322－s3333＋1－μ1/（μ1－μ0）］

a＝6（k1－k0）（μ1－μ0）［2S1133s3311－1）（s3322＋

s3333－1）］＋2（k0μ1－k1μ0）［2S1133＋s3311）＋s1111－

s3322－s3333）］－6k1（μ1－μ0）（s3333－1）－6μ1（k1－k0）

（s2222＋s3322－1）－6k1μ1 （6）

材料参数见表2，根据以上公式得到含

纤维沥青混凝土的劲度模量随温度和纤维含量的变化如图1。

1．2　劈裂试验

沥青混合料的劈裂试验（T0716—93）是对规定尺寸的圆柱体试件，通

过一定宽度的圆弧形压条施加载荷，将试件劈裂直至破坏的试验。试验

时，对试件施加50mm?min的等速载荷，在温度为15℃条件下，按林绣

贤［3］推荐的计算方法和简化公式，计算其沥青混合料的劈裂强度σ

T和（0．1～0．4）P弹性阶段的模量E。弹性模量是应力与总应变的比

值，总应变包括了弹性、粘弹性与粘塑性变形。

　　σT＝0．006151p/h

　　E＝3．588/h×p/y （7）

式中　σT———为劈裂强度，Pa；

E———为弹性模量，Pa；

p———为最大载荷值，N；

h———为试件高度，cm；

p———为（0．1～0．4）p载荷对应的竖向位移，cm。

试验和理论计算结果见表3。

图1　含纤维沥青混凝土劲度模量随温度和纤维含量的变化示意

1．3　结果分析

从表3的结果可以看出，纤维的质量含量为0．2％时，复合材料的理论

计算结论和劈裂试验的结果非常接近。而纤维的质量含量为0．3％、0

．5％时，复合材料理论计算结果和劈裂试验的结果差别很大。从复合

材料理论上分析，纤维含量越高，复合材料的有效弹性模量应越大，而

试验结果却不是这个结论。分析如下：当纤维质量含量为0．2％时，纤

维对沥青的弹性模量有所改变，又不改变沥青混凝土的粘结力。纤维含

量增加到一定程度时，使沥青混凝土的粘性减弱，即骨料之间的粘结力

减弱，使材料发生松散，从而增加了混合料中的微裂缝，故使材料的弹

性模量降低。因此，本文认为，纤维的质量含量为0．2％是最佳的纤维含量。

2　疲劳寿命的本文来自：免费论文网 [http://www.51lunwen.net]

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