瀝青路面纖維增強(qiáng)封層抗裂強(qiáng)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(jié)國內(nèi)外已有試驗經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過瀝青路面纖維增強(qiáng)封層抗裂強(qiáng)度模型的建立，提出纖維瀝青封層抗裂概率強(qiáng)度理論，通過分析“臨界區(qū)”內(nèi)短纖維的分布特點(diǎn)，將其分為終止纖維和橋聯(lián)纖維，終止纖維對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，主要由橋聯(lián)纖維發(fā)揮作用，根據(jù)短纖維這一受力特點(diǎn)，通過分析短纖維的概率分布函數(shù)，推導(dǎo)出纖維瀝青封層抗裂概率強(qiáng)度預(yù)估模型。

【關(guān)鍵詞】瀝青路面;纖維;封層;強(qiáng)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(yīng)力減小，有效的阻止了裂縫的進(jìn)一步的擴(kuò)展。同時，纖維封層能降低裂縫尖端的應(yīng)力，起到阻裂的作用，對提高路面耐久、抗?jié)B、耐磨等性能起到積極地作用。

2. 抗裂強(qiáng)度模型

纖維瀝青層是瀝青纖維增強(qiáng)封層抗裂性能的主要貢獻(xiàn)者，它是一種以瀝青為基體相，短纖維為增強(qiáng)相的復(fù)合材料，短纖維隨機(jī)分布于瀝青層中，相互搭接構(gòu)成網(wǎng)狀增強(qiáng)體，對其路用性能起到了極大地改善作用，在研究其力學(xué)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(qiáng)度。

按纖維瀝青層的結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)，可以將其歸為一類復(fù)合材料——隨機(jī)短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。由于短纖維分布位置及方向的隨機(jī)性，導(dǎo)致復(fù)合材料的強(qiáng)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(qiáng)瀝青的強(qiáng)度。本文將以概率形式表達(dá)的強(qiáng)度稱為纖維瀝青層的概率強(qiáng)度。

2.2臨界區(qū)及纖維分布。

概率強(qiáng)度與一定區(qū)域內(nèi)短纖維的分布具有直接聯(lián)系，因此，必須對這一區(qū)域內(nèi)短纖維的分布進(jìn)行具體的分析，這里本文將一定的區(qū)域稱為“臨界區(qū)”，如圖1（a）所示。臨界區(qū)的寬度為βl，其中，0<βl≤1。這樣，由于纖維分布的隨機(jī)性，有些纖維的端點(diǎn)終止于該“臨界區(qū)”內(nèi)，而有些纖維則整體跨過該“臨界區(qū)”。這樣，第一類纖維可以認(rèn)為對該斷面的承載無任何貢獻(xiàn)，而第二類纖維對復(fù)合材料強(qiáng)度至關(guān)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(lián)纖維”，如圖1（b）所示。

圖1復(fù)合材料“臨界區(qū)”示意圖

2.3抗裂強(qiáng)度預(yù)估。

（1）纖維概率分布研究。

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

3. 小結(jié)

（1）通過瀝青路面纖維增強(qiáng)封層抗裂強(qiáng)度模型的建立，提出纖維瀝青封層抗裂概率強(qiáng)度理論，通過分析“臨界區(qū)”內(nèi)短纖維的分布特點(diǎn)，將其分為終止纖維和橋聯(lián)纖維，終止纖維對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，主要由橋聯(lián)纖維發(fā)揮作用，根據(jù)短纖維這一受力特點(diǎn)，通過分析短纖維的概率分布函數(shù)，推導(dǎo)出纖維瀝青封層抗裂概率強(qiáng)度預(yù)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(qiáng)度公式。由公式可知，在一定條件下，當(dāng)纖維和瀝青種類確定時，纖維瀝青封層的強(qiáng)度是短纖維體積含量Vf的函數(shù)，與Vf成正比關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[1]申愛琴等.瀝青路面層間處置新材料及施工關(guān)鍵技術(shù)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(yīng)用.遼寧省交通高等?？茖W(xué)校學(xué)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(xué)，2007.

[4]長安大學(xué)、陜西省公路局.瀝青路面抗滑表層技術(shù)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(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集.2005.

[7]沙慶林.瀝青面層的技術(shù)狀況和發(fā)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(xiàn)象及預(yù)防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[9]劉中林，田文，史建方，譚發(fā)茂.高等級公路瀝青混凝土路面新技術(shù)[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(shù)規(guī)范[S].

[11]JTG? H10-2009.公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[基金項目]河南省2013年科技發(fā)展計劃項目（132102210464）：瀝青路面纖維增強(qiáng)封層關(guān)鍵技術(shù)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(shù)。

【摘要】在總結(jié)國內(nèi)外已有試驗經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過瀝青路面纖維增強(qiáng)封層抗裂強(qiáng)度模型的建立，提出纖維瀝青封層抗裂概率強(qiáng)度理論，通過分析“臨界區(qū)”內(nèi)短纖維的分布特點(diǎn)，將其分為終止纖維和橋聯(lián)纖維，終止纖維對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，主要由橋聯(lián)纖維發(fā)揮作用，根據(jù)短纖維這一受力特點(diǎn)，通過分析短纖維的概率分布函數(shù)，推導(dǎo)出纖維瀝青封層抗裂概率強(qiáng)度預(yù)估模型。

【關(guān)鍵詞】瀝青路面;纖維;封層;強(qiáng)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(yīng)力減小，有效的阻止了裂縫的進(jìn)一步的擴(kuò)展。同時，纖維封層能降低裂縫尖端的應(yīng)力，起到阻裂的作用，對提高路面耐久、抗?jié)B、耐磨等性能起到積極地作用。

2. 抗裂強(qiáng)度模型

纖維瀝青層是瀝青纖維增強(qiáng)封層抗裂性能的主要貢獻(xiàn)者，它是一種以瀝青為基體相，短纖維為增強(qiáng)相的復(fù)合材料，短纖維隨機(jī)分布于瀝青層中，相互搭接構(gòu)成網(wǎng)狀增強(qiáng)體，對其路用性能起到了極大地改善作用，在研究其力學(xué)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(qiáng)度。

按纖維瀝青層的結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)，可以將其歸為一類復(fù)合材料——隨機(jī)短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。由于短纖維分布位置及方向的隨機(jī)性，導(dǎo)致復(fù)合材料的強(qiáng)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(qiáng)瀝青的強(qiáng)度。本文將以概率形式表達(dá)的強(qiáng)度稱為纖維瀝青層的概率強(qiáng)度。

2.2臨界區(qū)及纖維分布。

概率強(qiáng)度與一定區(qū)域內(nèi)短纖維的分布具有直接聯(lián)系，因此，必須對這一區(qū)域內(nèi)短纖維的分布進(jìn)行具體的分析，這里本文將一定的區(qū)域稱為“臨界區(qū)”，如圖1（a）所示。臨界區(qū)的寬度為βl，其中，0<βl≤1。這樣，由于纖維分布的隨機(jī)性，有些纖維的端點(diǎn)終止于該“臨界區(qū)”內(nèi)，而有些纖維則整體跨過該“臨界區(qū)”。這樣，第一類纖維可以認(rèn)為對該斷面的承載無任何貢獻(xiàn)，而第二類纖維對復(fù)合材料強(qiáng)度至關(guān)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(lián)纖維”，如圖1（b）所示。

圖1復(fù)合材料“臨界區(qū)”示意圖

2.3抗裂強(qiáng)度預(yù)估。

（1）纖維概率分布研究。

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

3. 小結(jié)

（1）通過瀝青路面纖維增強(qiáng)封層抗裂強(qiáng)度模型的建立，提出纖維瀝青封層抗裂概率強(qiáng)度理論，通過分析“臨界區(qū)”內(nèi)短纖維的分布特點(diǎn)，將其分為終止纖維和橋聯(lián)纖維，終止纖維對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，主要由橋聯(lián)纖維發(fā)揮作用，根據(jù)短纖維這一受力特點(diǎn)，通過分析短纖維的概率分布函數(shù)，推導(dǎo)出纖維瀝青封層抗裂概率強(qiáng)度預(yù)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(qiáng)度公式。由公式可知，在一定條件下，當(dāng)纖維和瀝青種類確定時，纖維瀝青封層的強(qiáng)度是短纖維體積含量Vf的函數(shù)，與Vf成正比關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[1]申愛琴等.瀝青路面層間處置新材料及施工關(guān)鍵技術(shù)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(yīng)用.遼寧省交通高等?？茖W(xué)校學(xué)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(xué)，2007.

[4]長安大學(xué)、陜西省公路局.瀝青路面抗滑表層技術(shù)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(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集.2005.

[7]沙慶林.瀝青面層的技術(shù)狀況和發(fā)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(xiàn)象及預(yù)防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[9]劉中林，田文，史建方，譚發(fā)茂.高等級公路瀝青混凝土路面新技術(shù)[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(shù)規(guī)范[S].

[11]JTG? H10-2009.公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[基金項目]河南省2013年科技發(fā)展計劃項目（132102210464）：瀝青路面纖維增強(qiáng)封層關(guān)鍵技術(shù)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(shù)。

【摘要】在總結(jié)國內(nèi)外已有試驗經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過瀝青路面纖維增強(qiáng)封層抗裂強(qiáng)度模型的建立，提出纖維瀝青封層抗裂概率強(qiáng)度理論，通過分析“臨界區(qū)”內(nèi)短纖維的分布特點(diǎn)，將其分為終止纖維和橋聯(lián)纖維，終止纖維對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，主要由橋聯(lián)纖維發(fā)揮作用，根據(jù)短纖維這一受力特點(diǎn)，通過分析短纖維的概率分布函數(shù)，推導(dǎo)出纖維瀝青封層抗裂概率強(qiáng)度預(yù)估模型。

【關(guān)鍵詞】瀝青路面;纖維;封層;強(qiáng)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(yīng)力減小，有效的阻止了裂縫的進(jìn)一步的擴(kuò)展。同時，纖維封層能降低裂縫尖端的應(yīng)力，起到阻裂的作用，對提高路面耐久、抗?jié)B、耐磨等性能起到積極地作用。

2. 抗裂強(qiáng)度模型

纖維瀝青層是瀝青纖維增強(qiáng)封層抗裂性能的主要貢獻(xiàn)者，它是一種以瀝青為基體相，短纖維為增強(qiáng)相的復(fù)合材料，短纖維隨機(jī)分布于瀝青層中，相互搭接構(gòu)成網(wǎng)狀增強(qiáng)體，對其路用性能起到了極大地改善作用，在研究其力學(xué)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(qiáng)度。

按纖維瀝青層的結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)，可以將其歸為一類復(fù)合材料——隨機(jī)短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。由于短纖維分布位置及方向的隨機(jī)性，導(dǎo)致復(fù)合材料的強(qiáng)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(qiáng)瀝青的強(qiáng)度。本文將以概率形式表達(dá)的強(qiáng)度稱為纖維瀝青層的概率強(qiáng)度。

2.2臨界區(qū)及纖維分布。

概率強(qiáng)度與一定區(qū)域內(nèi)短纖維的分布具有直接聯(lián)系，因此，必須對這一區(qū)域內(nèi)短纖維的分布進(jìn)行具體的分析，這里本文將一定的區(qū)域稱為“臨界區(qū)”，如圖1（a）所示。臨界區(qū)的寬度為βl，其中，0<βl≤1。這樣，由于纖維分布的隨機(jī)性，有些纖維的端點(diǎn)終止于該“臨界區(qū)”內(nèi)，而有些纖維則整體跨過該“臨界區(qū)”。這樣，第一類纖維可以認(rèn)為對該斷面的承載無任何貢獻(xiàn)，而第二類纖維對復(fù)合材料強(qiáng)度至關(guān)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(lián)纖維”，如圖1（b）所示。

圖1復(fù)合材料“臨界區(qū)”示意圖

2.3抗裂強(qiáng)度預(yù)估。

（1）纖維概率分布研究。

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

3. 小結(jié)

（1）通過瀝青路面纖維增強(qiáng)封層抗裂強(qiáng)度模型的建立，提出纖維瀝青封層抗裂概率強(qiáng)度理論，通過分析“臨界區(qū)”內(nèi)短纖維的分布特點(diǎn)，將其分為終止纖維和橋聯(lián)纖維，終止纖維對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，主要由橋聯(lián)纖維發(fā)揮作用，根據(jù)短纖維這一受力特點(diǎn)，通過分析短纖維的概率分布函數(shù)，推導(dǎo)出纖維瀝青封層抗裂概率強(qiáng)度預(yù)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(qiáng)度公式。由公式可知，在一定條件下，當(dāng)纖維和瀝青種類確定時，纖維瀝青封層的強(qiáng)度是短纖維體積含量Vf的函數(shù)，與Vf成正比關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

[1]申愛琴等.瀝青路面層間處置新材料及施工關(guān)鍵技術(shù)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(yīng)用.遼寧省交通高等專科學(xué)校學(xué)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(xué)，2007.

[4]長安大學(xué)、陜西省公路局.瀝青路面抗滑表層技術(shù)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(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集.2005.

[7]沙慶林.瀝青面層的技術(shù)狀況和發(fā)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(xiàn)象及預(yù)防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[9]劉中林，田文，史建方，譚發(fā)茂.高等級公路瀝青混凝土路面新技術(shù)[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(shù)規(guī)范[S].

[11]JTG? H10-2009.公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[基金項目]河南省2013年科技發(fā)展計劃項目（132102210464）：瀝青路面纖維增強(qiáng)封層關(guān)鍵技術(shù)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(shù)。