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纤维沥青混合料增强机理及路用性能的研究

项目名称：	纤维沥青混合料增强机理及路用性能的研究
摘要：	出于沥青材料本质上存在抗拉性能差、高温抗压性能差及温度敏感性等本质缺陷，而路面却又直接暴露在自然条件，服务温度的范围变化很大，从零下30、40℃至60℃，甚至更高。随着交通量及轴载的加大，沥青路面出现了高温车辙、低温开裂、疲劳开裂及水损坏等早期病害，提高混合料的使用性能成为广大科技工作者急待解决的问题。借鉴20世纪50年代新型增强纤维在水泥混凝土路面及轻型结构中的成功应用，在沥青混合料中掺加新型增强纤维成为了一种提高混合料使用性能的新手段。在沥青混合料中掺入纤维增强材料，从微观上改善了基体的性质，弥补了沥青混合料抗拉性能、低温脆性大的不足，且由于纤维对沥青的吸附作用，可减少路面发生泛油，提高沥青混合料的高温稳定性。作为一种典型的复合材料，纤维沥青混合料具有鲜明的结构特性，其力学性能和损伤破坏的规律不仅取决于各组分材料的性能，还取决于细观结构特征，如纤维的体积率，分布规律、形状及界面性质等。因此，研究纤维沥青混合料的作用于机理，纤维沥青及沥青胶浆界面粘结，对合理选择和应用纤维材料、提高纤维沥青混合料的性能具有重要的现实意义。本课题从以下几方面对纤维沥青混合料的增强机理及路用性能进行研究： 1.针对沥青及沥青材料表现出的粘弹性特性，以Burgers模型表现材料的粘弹性本沟关系，以粘弹性理论为基础，推导沥青材料在弯曲梁流变试验（BBR）的蠕变模型及恒定拉伸速率条件下直接拉伸试验（DTT）。动态剪切试验下的应力或应变模型，并提出了粘弹性参数的求解方法。BBR试验及DTT试验验证结果表明可用Burgers模型表征材料的本构特性； 2.提出纤维宏观分散性的评价及纤维用量的检测方法，并结合热拌沥青混合料的特点，对纤维的吸湿性能、高温耐热性能、吸持沥青能力、宏观分散性进行试验评价。此外，还以SHRP开发的直接拉伸试验仪进行不同的埋置深度的拉拨试验测量纤维与沥青及沥青胶浆的界面拉拨强度，从理论上分析了纤维的最大长径比及最小纤维掺量； 3.应用测力延度试验仪、及SHRP开发的动态剪切流变仪（DSR）、BBR、DTT对纤维沥青的性能进行系统评价，分析了纤维长度、纤维掺量对纤维沥青性能的影响及性能改善的增强机理； 4.对不同纤维掺量及纤维长度对纤维沥青混合料的高温性能进行评价，并增加了不同类型及厂家的纤维进行车辙试验进行对比，评价纤维界面粘结及材料力学特性能纤维沥青混合料性能的影响； 5.对不同长度纤维沥青混合料的低温抗裂性能、抗疲劳性能及水稳定性进行试验评价，分析纤维增强机理； 6.结合上述研究成果对纤维沥青混合料进行试验路应用，对纤维沥青混合料的进行评价并对其应用进行分析。进行评价并对其应用进行分析。研究结果表明，在沥青混合料掺入增强纤维可提高混合料的高温性能、低温性能及抗疲劳性能，是一种提高混合料使用性能的有效手段，但纤维的应用效果与基质沥青材料密切相关，仅希望通过掺加增强纤维材料使混合料性能达到较高的要求是错误的，在应用时应结合混合料的使用要求选择合适的纤维材料及纤维掺量。
关键词：	纤维沥青混合料；路用性能；增强机理；burgers模型；纤维掺量；动态剪切流变仪；沥青胶浆；弯曲梁流变试验；直接拉伸试验；沥青混合料性能
项目负责人：	王文杰
参与人员：	王文杰、王巨创、黄晓明、陈振来、朱文彬、封基良、林炳星、林义先、李望瑞、杨继光
组织单位：	厦门市公路局
主持或承担单位：	东南大学
项目类别：	地方交通科技项目
起止年限：	2004-8-16～2006-7-19
立项年份：	2004