目前采用纖維瀝青混凝土來(lái)提高路面的抗裂能力越來(lái)越受重視。首先通過(guò)小梁彎曲試驗(yàn)，得到材料的彎拉強(qiáng)度、破壞應(yīng)變等基本的力學(xué)參數(shù)指標(biāo)。然后利用斷裂力學(xué)知識(shí)，通過(guò)帶切口小梁彎曲試驗(yàn)，引入J積分概念，得到材料的延性斷裂韌度JIC ，以此評(píng)價(jià)材料的抗裂性能。
[關(guān)鍵詞]
纖維瀝青混凝土 彎拉強(qiáng)度 J積分 斷裂韌度
一、前言
目前國(guó)內(nèi)的高等級(jí)道路大多數(shù)采用半剛性基層，因?yàn)榘雱傂圆牧嫌休^高的強(qiáng)度和良好的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了道路的使用壽命，但隨之卻在使用早期出現(xiàn)比柔性基層瀝青路面多而頻繁的裂縫，這些裂縫的出現(xiàn)，尤其是反射裂縫，會(huì)使水滲入路面路基結(jié)構(gòu)，減弱其整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還容易引起瀝青面層較快地出現(xiàn)龜裂等。因此，防止裂縫的相應(yīng)措施已成為道路工作者的關(guān)注重點(diǎn)，其中采用改善面層材料性能來(lái)提高路面抗裂能力的方法越來(lái)越受重視。
對(duì)于面層抗裂性能的研究，目前主要通過(guò)采用聚合物改性瀝青，提高瀝青混合料的低溫柔韌性，減少裂縫出現(xiàn)的幾率。與改性瀝青相比，纖維在瀝青混合料中的作用同樣能改善高低溫性能，一個(gè)突出的特點(diǎn)是能阻止裂縫的擴(kuò)展，包括溫縮裂縫和反射裂縫。因此近年來(lái)對(duì)纖維瀝青混合料的研究和應(yīng)用越來(lái)越廣泛。瀝青混合料的低溫抗裂能力與它在低溫下的抗拉強(qiáng)度、松弛能力，以及收縮性質(zhì)等有關(guān)。通過(guò)纖維瀝青混凝土小梁彎曲試驗(yàn)和斷裂試驗(yàn)，可以得到材料的彎拉強(qiáng)度、勁度模量、破壞應(yīng)變、斷裂韌度等力學(xué)參數(shù)，由此可以分析纖維瀝青混凝土的抗裂性能。
二、纖維瀝青混凝土小梁彎曲試驗(yàn)
(1)試驗(yàn)材料及方法
試驗(yàn)用的瀝青混凝土選擇比較常用的防滑面層材料AK-13A型瀝青混合料，瀝青為ESSO70#重交瀝青，瀝青用量為4.7%，纖維為聚丙烯腈綸纖維，纖維用量分別為集料總重的0.1%和0.2%，瀝青混凝土梁由輪碾法成型的瀝青混合料試塊切割而成，尺寸為250mm×50mm×50mm，跨徑200mm，高跨比W/L為4。小梁的編號(hào)為M0、M0.1和M0.2，所對(duì)應(yīng)的混合料纖維用量分別為0、0.1%和0.2%。
瀝青混凝土小梁彎曲試驗(yàn)在MTS810試驗(yàn)機(jī)上完成，加載方式采用應(yīng)變控制模型，加載速率為1mm/min，由計(jì)算機(jī)完成應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)的采集。試驗(yàn)溫度為0℃和-12℃。
(2)勁度模量和破壞應(yīng)變計(jì)算公式
瀝青混凝土小梁的彎拉模量E 和破壞應(yīng)變?chǔ)诺挠?jì)算公式如下:
式中: PS ---極限荷載，N ;
L ---跨徑，為200mm ;
b ---梁寬，為50mm ;
h ---梁高，為50mm ;
δ---極限荷載時(shí)的跨中變形，mm
(3)小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果分析
在加載初期，M0.1和M0.2纖維瀝青混凝土的曲線斜率比普通瀝青混凝土M0的大，即前者具有較大的勁度，因?yàn)槔w維在其中起到了加勁作用，它減小了瀝青混凝土的響應(yīng)。當(dāng)達(dá)到材料極限荷載時(shí)，M0幾乎同時(shí)發(fā)生斷裂，表現(xiàn)為脆斷。而M0.1和M0.2具有與金屬相同的塑性特征，存在明顯的屈服階段，此時(shí)纖維的橋聯(lián)作用使材料仍具有一定的承載能力，直至纖維從瀝青中拔出或斷裂而引起失穩(wěn)斷裂。
其次一個(gè)顯著的特點(diǎn)是纖維明顯提高了瀝青混凝土的破壞應(yīng)變。在瀝青混合料中加入纖維后，雖然破壞荷載變化較小，但破壞應(yīng)變?cè)龃蠓容^大。與M0普通瀝青混凝土相比，在0℃時(shí)，M0.1和M0.2纖維瀝青混凝土破壞應(yīng)變分別提高30.6%和50%，而在-12℃破壞應(yīng)變提高35.9%和65.6%，可見(jiàn)纖維對(duì)瀝青混凝土變形能力的改善效果非常顯著，并且這種改善效果隨纖維用量增大而提高。另外可以看出，當(dāng)溫度從0℃降低到-12℃，未加纖維的瀝青混凝土破壞應(yīng)變降低較多，即材料變得更脆。而纖維瀝青混凝土仍然保持一定的破壞應(yīng)變，如纖維用量為0.2%的纖維瀝青混凝土在0℃和-12℃溫度條件下的破壞應(yīng)變分別為0.0108和0.0106 ，幾乎相等。若從彎拉模量來(lái)看，M0.1和M0.2的彎拉模量比M0小，低溫變形能力更好，從而具有較好的抗裂能力。
另外也可根據(jù)荷載-撓度曲線，計(jì)算曲線以下的面積，即材料的韌度，來(lái)反映材料抵抗破壞的能力。正因?yàn)槔w維瀝青混凝土在加載至破壞過(guò)程中需要經(jīng)歷一段較長(zhǎng)的屈服階段，其韌度明顯比普通瀝青混凝土大。
