聚酯玄武巖纖維無(wú)紡布加筋強(qiáng)度試驗(yàn)研究

胡 東，于 冰，田澤宇

(1．張承高速公路張家口管理處，河北 張家口 075000;2．石家莊市交通運(yùn)輸局，河北 石家莊 050000;3．河北省高速公路京衡管理處，河北 衡水 053000)

本研究通過(guò)極限彎曲試驗(yàn)和課題組自行設(shè)計(jì)的直剪試驗(yàn)測(cè)定無(wú)纖維布、聚酯玻纖布和聚酯玄武巖纖維無(wú)紡布瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度、抗彎拉應(yīng)變和抗剪切強(qiáng)度，對(duì)比分析聚酯玄武巖纖維無(wú)紡布對(duì)瀝青混凝土的加筋作用。

1 極限彎曲試驗(yàn)

極限彎曲試驗(yàn)是在UTM－25，溫度為15℃，加載速度為50mm/min下測(cè)定瀝青混合料小梁試件彎曲破壞的力學(xué)性能。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 極限彎曲試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知，貼布的小梁試件具有較高的抗彎拉強(qiáng)度、彎拉應(yīng)變，較小的勁度模量。與聚酯玻纖布相比，粘貼聚酯玄武巖纖維無(wú)紡布的小梁試件的最大彎拉應(yīng)變和抗彎拉強(qiáng)度有所增加。粘貼聚酯玄武巖纖維無(wú)紡布后，小梁試件破壞時(shí)間明顯滯后，在達(dá)到設(shè)置的最大變形后，試件裂縫很小，纖維布沒(méi)有變化。由此可知，聚酯玄武巖纖維無(wú)紡布具有較好的加筋作用，可以減緩裂縫的產(chǎn)生，增強(qiáng)瀝青混凝土的韌性。

2 直剪試驗(yàn)

2．1 試驗(yàn)依據(jù)

AF．Braham博士和William Buttlar教授針對(duì)反射裂縫的研究成果表明，當(dāng)裂縫垂直向上發(fā)展時(shí)，瀝青面層屬于“剪切”破壞模式，而裂縫斜向上發(fā)展是“彎拉”和“剪切”復(fù)合作用的結(jié)果，見(jiàn)圖2。課題組于2008—2009年進(jìn)行了大量剪切試驗(yàn)，試件破壞路徑基本上是垂直向上發(fā)展的，表明直剪試驗(yàn)可以很好地模擬“剪切”的受力特性。

圖2 裂縫發(fā)展成因解析

2．2 試驗(yàn)方法

以標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力環(huán)為傳力裝置，通過(guò)對(duì)UTM軸向加載，應(yīng)力環(huán)產(chǎn)生變形并向?yàn)r青混合料試件傳遞垂直荷載直至破壞，如圖3所示。按《公路工程瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》以最佳油石比成型標(biāo)準(zhǔn)車(chē)轍板，噴灑一定量的熱瀝青，粘貼纖維布，按照試驗(yàn)尺寸割鋸10cm×10cm×5cm的試件(誤差在±0．2cm以內(nèi))，在室溫中放置24h。將試件和試驗(yàn)設(shè)備一起放置于15℃UTM環(huán)境箱中保溫3h以上，考慮瀝青混合料的性能與加載速度的密切關(guān)系，參考小梁低溫彎曲試驗(yàn)和常溫劈裂試驗(yàn)，選擇20mm/min加載速率。采用UTM的數(shù)據(jù)采集設(shè)備自動(dòng)采集荷載和位移數(shù)據(jù)，計(jì)算試件的破壞應(yīng)變、剪切強(qiáng)度和剪切應(yīng)變能密度。

圖3 直剪試驗(yàn)加載及裝置圖

2．3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

表1 直剪試驗(yàn)結(jié)果

聚酯玄武巖纖維布復(fù)合瀝青混合料試件具有較高的直剪強(qiáng)度、破壞應(yīng)變和剪切應(yīng)變能密度，較大的抗剪切變形能力，發(fā)生剪切破壞時(shí)間較晚。試驗(yàn)表明，聚酯玄武巖纖維無(wú)紡布可以提高瀝青混合料的抗剪切破壞的能力，延緩裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，可以增強(qiáng)混合料的抗裂能力。

3 裂縫反射疲勞試驗(yàn)

目前我國(guó)罩面技術(shù)通常的維修方法是在原來(lái)裂縫路面上加鋪瀝青罩面層，但是使用一段時(shí)間后，原有裂縫會(huì)很快反射到新鋪的瀝青面層上形成反射裂縫，罩面層承載力迅速下降至疲勞破壞。鑒于反射裂縫發(fā)生的實(shí)際情況，本研究設(shè)計(jì)了評(píng)價(jià)加鋪聚酯玄武巖纖維無(wú)紡布后復(fù)合瀝青混合料的裂縫反射疲勞試驗(yàn)。對(duì)加鋪聚酯玄武巖纖維無(wú)紡布、聚酯玻纖布及不貼布的三種類型混合料進(jìn)行試驗(yàn)，選用低、中、高三個(gè)應(yīng)變水平，每個(gè)應(yīng)變水平進(jìn)行3個(gè)平行試件，加載方式為三分點(diǎn)加載，試驗(yàn)溫度為15℃。

圖4 彎曲疲勞試驗(yàn)?zāi)Ｐ?a)、試驗(yàn)裝置(b)

以勁度模量為初始勁度模量一半為破壞標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5所示。

圖5 應(yīng)力水平與疲勞壽命關(guān)系

由上圖可知，鋪設(shè)土工布后，混合料的抗反射裂縫的疲勞壽命明顯延長(zhǎng)，壽命增長(zhǎng)幅度隨應(yīng)變水平提高越發(fā)顯著，不同應(yīng)變下的疲勞壽命長(zhǎng)短順序?yàn)榫埘バ鋷r纖維布＞聚酯玻纖布＞不貼布。試驗(yàn)結(jié)果表明，纖維布具有高強(qiáng)度、高韌性和較好的延展性，與瀝青粘層油形成應(yīng)力吸收膜，在面層與基層或罩面層與舊路面間構(gòu)成緩沖層，避免應(yīng)力集中和上下層間的部分相對(duì)位移，從而減小層間內(nèi)應(yīng)力，抑制并減緩裂縫發(fā)展，延長(zhǎng)路面使用壽命。

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