摘要：纖維瀝青混凝土有助于提高路面的高溫穩定性、低溫阻裂性，降低荷載作用造成的疲勞應力，提高路面的疲勞壽命。纖維的用量、長徑比和纖維瀝青混凝土的施工工藝對纖維加強瀝青混合料的路用性能有很大的影響。本文通過加強瀝青混合料的室內試驗對纖維的長徑比最佳用量進行分析。
　　關鍵詞：纖維瀝青混凝土，纖維用量，長徑比
　　
　　
　　隨著經濟日新月異的發展，交通量也在快速增長。現代交通向著速度快、密度大、軸載重、渠劃分明的方向發展。傳統的瀝青路面越來越不能適應車載需要，因此路用性能提出了更高的要求。瀝青路面具有平整度好、便于施工等方面的優勢，成為主要的路面結構。但是瀝青路面在實際使用中存在許多技術和質量方面的問題，比如車轍、唧漿等問題。在瀝青混合料中摻加纖維后，能提高路面的高溫穩定性、低溫阻裂性，降低荷載作用造成的疲勞應力，提高路面的疲勞壽命。但是對纖維的長徑比和用量控制及纖維瀝青混凝土的施工工藝制定都有一定的要求，如果制定的不合理既不能提高纖維瀝青混凝土的路用性能，又增加了工程造價，嚴重時不得不翻修，帶來巨大的經濟損失。
　　1纖維長徑比對混合料性能的影響
　　根據復合材料的增強機理,纖維越長,直徑越小,則纖維達到極限強度的長度越長,從而能較好發揮纖維的增強作用。但過長過細的纖維在與瀝青混凝土拌和過程中容易結團,使纖維難以均勻分布,影響纖維瀝青混合料的工作度。為了比較纖維長徑比對混合料性能的影響,采用Ⅰ、Ⅱ兩種不同物理力學參數的滌綸纖維材料,纖維的基本性質見表1。本試驗中采用的纖維為聚合物纖維,其吸油率較木質素纖維低,因此未考慮纖維的吸油影響而增加瀝青用量,這也便于比較在相同瀝青用量情況下的混合料性能,纖維用量為礦料總重的0.1%。下面通過馬歇爾試驗和劈裂疲勞實驗來對纖維長徑比對瀝青混合料性能的影響進行探討。
　　
　　1.1 劈裂疲勞試驗
　　理論和試驗都表明,路面在車輪荷載作用下,其結構內不同位置的應力應變狀態也是不同的。雖然應力小于路面材料的抗拉強度,但隨著作用次數的增加,路面結構強度逐漸下降,最后發生破壞,這就是材料疲勞引起的路面裂縫。
　　一般的疲勞試驗采用小梁彎曲試驗,也可采用間接拉伸疲勞試驗。本試驗采用的方法為后者。試件由馬歇爾擊實方法得到的圓柱體試件,直徑101.6mm,高度63.5mm,施加荷載的壓條寬為12.5mm。試驗溫度為20℃,在MTS試驗機上進行測試。加載方式為應力控制,加載頻率為10Hz,應力比采用0.4。不同纖維的瀝青混合料劈裂疲勞試驗結果如表2
　　表2纖維瀝青混合料的劈裂疲勞試驗結果
　　
　　劈裂疲勞試驗結果表明,在應力比為0.4時,摻加纖維的瀝青混合料的疲勞破壞次數提高了,由于纖維改善了瀝青的粘滯性,降低混合料內部的損傷,從而提高了混合料的抗疲勞破壞的能力。
　　1.2 馬歇爾試驗
　　馬歇爾試驗是常規的瀝青混合料組成設計試驗,尤其適合于密實型瀝青混合料,它能反映混合料的高溫穩定性能。室內試驗采用“埃索”70號進口瀝青,根據四檔玄武巖集料10～15mm、5～10mm、3～5mm和0～3mm,對瀝青混合料進行了級配組成設計。
　　在馬歇爾試驗中,采用雙面75次重型擊實的試件。纖維用量為0.1%的Ⅰ和Ⅱ纖維瀝青混合料與未加纖維瀝青混合料的馬歇爾試驗結果如表3。
　　表3纖維瀝青混合料的馬歇爾試驗結果
　　
　　由上表可知,纖維瀝青混合料制備出的瀝青面層試件具有良好的穩定度。JTJ032-94的公路瀝青路面施工技術規范設計要求標準中穩定度要求大于5.0kN,試驗結果中大于7.9kN;空隙率應在4%～10%之間,試驗結果為5%～6%左右,均比較理想。
　　以上兩項實驗反映出纖維的加入改善了瀝青混合料的性能,但同時也看出,長徑比較大的Ⅰ纖維的穩定度和疲勞破壞次數小于Ⅱ纖維的穩定度和疲勞破壞次數,甚至低于沒加纖維的混合料穩定度和疲勞破壞次數,其原因在于纖維分散性。纖維的分散均勻性是纖維瀝青混合料中纖維增強效果的關鍵,纖維分布不均勻,在局部易引起“局部漲落”現象,從而形成缺陷,對宏觀強度造成不利影響,使其增強效果降低。根據混合料的拌和情況也發現,Ⅰ纖維在與礦料干拌時很難均勻分散,甚至結團,造成混合料壓實度小,而Ⅱ纖維與礦料干拌時沒有出現此情況。因此纖維長徑比需根據室內試驗得出一個臨界值,在實際施工中,考慮拌和難度,所用纖維長徑比應略低于此臨界值,以確保纖維發揮其最大效用。
　　2 纖維最佳用量
　　最佳纖維用量的確定是衡量纖維加筋瀝青混凝土的力學性能及經濟指標的重要依據。在一定的纖維體積率范圍內,纖維瀝青的強度和模量隨著纖維體積率的增加而增加,大量試驗也驗證了該觀點。纖維體積率小于纖維的臨界體積率時,纖維起不到加筋作用,僅僅在瀝青中起到分散作用,有時反而會降低瀝青的強度。但纖維體積率也不能過大,纖維摻量過多,纖維比表面積增加,包裹在每根纖維周圍的瀝青膠漿體減少,導致纖維與瀝青間粘結力不足。纖維過多還將造成拌和困難,使纖維不能均勻分布,影響材料的強度。另外,纖維摻量的增加也提高了路面造價。
　　
　　2.1理論計算與試驗值的差異
　　有研究用復合材料的理論計算芳綸纖維增強瀝青混凝土的勁度模量,與劈裂實驗得出的結果比較,當纖維摻量為0.2%時,理論值與試驗值非常接近,而當纖維摻量為0.3%、0.5%時,理論值與試驗值差別很大。這是因為,運用復合材料理論做計算時,往往要遵循一定的假設條件:纖維增強體在瀝青基體中分布均勻、各向同性,纖維與瀝青基體粘結良好。因此理論計算出來的結果是纖維用量越大,纖維增強瀝青混凝土的勁度模量、強度及韌性就越高,而實際中由于瀝青用量的不足、集料的要求跟不上、拌和工藝不成熟等,過多的纖維不能在瀝青基體中分布粘結得很好,起不到應有的增韌作用。纖維結團成束后占有更大空間,使礦料相互接觸受阻,盡管瀝青用量也增大,但仍存留下較大的孔隙,相反會影響瀝青混凝土的性能另外,纖維瀝青混凝土是一種多相復合材料,材料的力學特征與纖維增強體、基體及纖維-基體的界面粘結性能有關。采用復合材料混合律理論計算材料的力學參數指標時,所考慮的纖維瀝青受力狀態都為初裂之前的狀態。若發生瀝青基體斷裂或纖維脫膠,這些公式就不能使用。本文認為在確定纖維的最佳摻量時,應該以理論計算作參考,以室內實驗結果作為主要依據,從實用性和經濟性的角度出發,得出最佳的纖維用量。

　　3.結語
　　纖維長徑比不宜過小和過大,需根據室內試驗得出一個臨界值,在實際施工中,所用纖維長徑比應略低于此臨界值,以確保纖維發揮其最大效用。
　　纖維的最佳摻量應該以理論計算作參考,以室內實驗結果作為主要依據。不同類型纖維的最佳摻量有所不同,將纖維用量定在0.2%～0.25%時,其效益-成本比是最大的。