土工合成材料在加強瀝青路面中的機理與應(yīng)用

土工合成材料在加強瀝青路面中

的機理與應(yīng)用

張起森教授、博導(dǎo)

長沙理工大學(xué)土工合成材料的功能土工布在瀝青路面中的應(yīng)用工程纖維在瀝青路面中的應(yīng)用應(yīng)用實例土工合成材料在加強瀝青路面中

的機理與應(yīng)用

一、土工合成材料功能

（一）土工合成材料應(yīng)用的歷史

最早用于土木建筑工程大約在20世紀30年代或40年代，用途：游泳池防滲，材料為聚氯乙烯薄膜。合成纖維應(yīng)用開始于20世紀50年代末期，用合成纖維織物作成砂袋用于道路工程、護岸、水壩和隧道等工程。我國合成材料的應(yīng)用開始于20世紀60年代中期，使用范圍包括公路、鐵路、水利水電、機場、建筑、地下工程、港口碼頭等大行業(yè)。（二）土工合成材料的功能與應(yīng)用土工合成材料的功能概括起來有六個方面：

1.過濾作用——防止由于水流把土顆粒帶走而造成結(jié)構(gòu)破壞或失效。在公路工程中，主要用于擋土墻回填土中排水系統(tǒng)的濾層；排水暗管周邊或碎石排水層周邊的濾層；公路和機場道面基層與地基之間的土工織物隔離層。2．排水作用——利用土工材料的孔或排水通道，排除土中的水分。應(yīng)用：軟基處理中用的塑料排水板或袋裝砂等；土工格柵碎石樁等；擋土墻、隧道周邊的排水；路面結(jié)構(gòu)盲溝等。3．隔離作用——把不同粒徑的土、砂、石料，或土、砂、石料與地基隔離開來，以免相互混雜或污染，土工織物、土工膜均有隔離作用。應(yīng)用：鐵路、公路路基、土石壩工程、軟土地基處理以及河道整治工程。

4．加筋作用——土工合成材料布設(shè)于土體中，擴散土體中的應(yīng)力，增加土體的模量，傳遞拉應(yīng)力，限制土體的側(cè)向位移；還可增加土體與其他材料之間的摩擦力，提高土體及建筑物的穩(wěn)定性。應(yīng)用：公路、鐵路等建筑中的軟基加強；填土（膨脹土）或路塹邊坡的加固；橋臺填土的加固；路面的防裂等。舊砼路面或瀝青路面注：虛線為土工布

5.防滲作用——土工膜或復(fù)合型土工材料有防止氣體、液體滲漏的功能，保護環(huán)境及建筑物的安全。應(yīng)用：橋面防水，隧道周邊的防水都有應(yīng)用。

6.防護作用——很多土工合成材料對土體都有防護作用，應(yīng)用：岸壁的防護膜（籠）、邊坡的方?jīng)_刷綠化(三維格室）等。二、土工布在瀝青路面中的應(yīng)用

（一）技術(shù)要求燒毛土工布技術(shù)要求指標(biāo)要求測試溫度（℃）注抗拉強度（KN/m）≥5020±2單位面積質(zhì)量（g/m2）≤20020±2單位面積質(zhì)量（g/m2）130~160以下各項參照有關(guān)材料列出

厚度（mm）0.7~1.6

極限強度時的應(yīng)變聚酯35～100聚丙烯50～90

Vicat軟化點(℃)聚酯230～240聚丙烯148可吸收瀝青的量（Kg/m2）0.7~1.4（二）

土工布在路面中的作用及其機理1、作用①減少或延緩反射裂縫的出現(xiàn)（對于半剛性基層和舊水泥及瀝青路面的防裂）；

②提高路面抗車轍的能力；

③提高瀝青路面疲勞壽命；

④有可能減薄瀝青路面的厚度；

⑤

土工布在瀝青浸漬之后還有防水的作用。

土工織物的上述效果，國內(nèi)外的研究均得到了證實。英國的S.F.Brown教授、加拿大的R.Hass教授、美國的Steinberg和日本的研究，均認為瀝青路面加鋪土工布后可減少車轍，延緩和減少反射裂縫，同時可減薄面層厚度。我們國家從二十世紀八十年代初開始研究，同濟大學(xué)和長沙交通學(xué)院等單位在廣東惠州鋪筑了一段土工布防裂的試驗，經(jīng)過觀察也認為是有效果的。后來在全國更大范圍內(nèi)，應(yīng)用土工布鋪筑了數(shù)十段試驗路，也反映出它們對瀝青路面確有加筋和防裂的作用。目前許多工程單位都采用了這樣措施來防止半剛性基層瀝青路面、舊水泥路面和舊瀝青路面罩面的反射裂縫問題。2、機理分析1）加筋作用對土工布鋪在砼板開裂（接縫）頂面上的力學(xué)分析（如圖），可得到下圖的結(jié)果。

土工織物防裂層計算圖式

a)有一定厚度的土工織物防裂層；b)柔性土工織物薄膜

瀝青面層底面剪應(yīng)力對比

瀝青面層底面彎沉差對比

層底剪應(yīng)力減少48％未加土工織物：0.67MPa

加土工織物：0.35MPa彎沉差減少39％未加土工織物：0.0161mm

加土工織物：0.0102mm

土工布對瀝青加鋪層的溫度應(yīng)力的影響規(guī)律如圖，從圖看出，砼頂面鋪設(shè)土工布后再鋪瀝青面層，其溫度應(yīng)力有明顯的降低。

瀝青層溫度應(yīng)力變化

減少土工布防裂層抑制溫度型反射裂縫機理設(shè)置土工布層間界面的剪切模量水泥砼與瀝青層間的相互約束砼板對瀝青層的附加應(yīng)力瀝青層的溫度應(yīng)力降低減少減少溫度型反射裂縫抑制2）橋聯(lián)增韌效應(yīng)

①從加鋪土工合成材料的開裂路面斷裂力學(xué)分析看出，其應(yīng)力強度因子K均有較大的降低。這是因為隨著裂縫兩邊受彎拉而擴張時，土工織物的抗拉能力發(fā)揮了作用，它把裂縫兩邊拉緊，不讓張開，表現(xiàn)出一種“橋聯(lián)增韌”的作用。這種“橋聯(lián)增韌”效應(yīng)會隨著土工合成材料的張拉模量的增大而增強。

②土工織物與上、下結(jié)構(gòu)層處于完全聯(lián)結(jié)狀態(tài)時，在對稱荷載作用下，土工合成材料的橋聯(lián)增韌效應(yīng)會降低裂縫尖端的應(yīng)力集中程度，在裂縫擴展初期最為明顯，在擴展后期漸趨穩(wěn)定。在非對稱荷載作用下，土工合成材料均能降低開裂縫尖端附近的拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力，但降低拉應(yīng)力集中的效果更為明顯，此時裂縫主要表現(xiàn)為剪切型開裂（KⅡ）,而且這種剪切作用隨著裂縫擴展而增強。土工合成材料降低剪切應(yīng)力集中的作用在裂縫擴展初期較為明顯。③土工合成材料的橋聯(lián)增韌效應(yīng)降低了裂縫端附近的應(yīng)力集中程度，且當(dāng)裂縫接近路表面時應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，這就削弱了水平荷載對裂縫擴展的影響，對路面的使用是有利的。

對于溫度應(yīng)力的分析也可得到類似的結(jié)論。

由于土工合成材料上述的作用，會使裂縫上端瀝青路面的受力狀態(tài)得到極大的改善，下面二個圖表示舊水泥砼路面接縫端瀝青路面的有效應(yīng)力分布圖。從圖看出，在水泥砼路面接縫上端鋪設(shè)橡膠瀝青應(yīng)力吸收層（其作用和土工織物類似）后，瀝青層中的有效應(yīng)力較未鋪設(shè)前降低了83～88％。這個效果是十分顯著的。上述作用的綜合效果，反映出土工合成材料有助于路面的抗疲勞能力得到提高。

有效應(yīng)力分布圖（舊水泥混凝土板厚200mm）

a)設(shè)置橡膠瀝青應(yīng)力吸收薄膜；b)未設(shè)置橡膠瀝青應(yīng)力吸收薄膜

模擬在水泥路面上加鋪瀝青路面的實際情況，采用APA進行反射型裂縫荷載疲勞對比試驗，試驗結(jié)果如下表。由此可知：在夾層中加入土工布的瀝青砼的疲勞壽命比無土工布的瀝青砼提高了三倍。

APA疲勞試驗結(jié)果加鋪層類型疲勞破壞次數(shù)(次)破壞時的最大位移(mm)AC-13改進型無土工布加鋪土工布無土工布加鋪土工布2570087664346.66719.53293）提高界面抗剪能力

右圖為模擬現(xiàn)場情況，進行不同夾層材料的直剪試驗。

界面聯(lián)接條件抗剪強度（MPa）破壞斷面位置15℃60℃瀝青砼+浸漬重交AH－70瀝青土工布＋水泥砼0.840.31浸漬重交AH－70瀝青土工布＋水泥砼瀝青砼+碎石＋玻纖格柵＋重交AH－70瀝青＋水泥砼0.510.18玻纖格柵＋重交AH－70瀝青＋水泥砼瀝青砼+乳化瀝青＋水泥砼0.330.14乳化瀝青＋水泥砼界面直剪試驗剪切強度試驗結(jié)果試件盒水平加力裝置豎直加力裝置

舊水泥路面加鋪瀝青層芯樣斷面圖

從上圖表明瀝青加鋪層、浸漬瀝青土工布與舊水泥路面三者形成了較強的層間連接。

浸漬瀝青土工布舊水泥路面三、工程纖維在瀝青路面中的應(yīng)用國內(nèi)幾種常用纖維的性能指標(biāo)纖維類型項目Dolanit?ASBoniFiber?GoodRoad?II木質(zhì)素纖維直徑（mm）0.0130.02±0.00250.02±0.005平均0.045纖維長度（mm）4~66.35±1.586＜5，平均1.1長徑比（平均值）385318300—拉伸強度（MPa）＞910517±34.5531—極限拉伸應(yīng)變（％）8～1233±9＞50—熔融溫度（℃）＞240＞249＞249＞200吸濕（水）率（％）10.9710.489.9729.02（一）國內(nèi)幾種常用纖維的基本性能礦物纖維質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

（美國NCAT、AASHTO質(zhì)量要求規(guī)定）試驗指標(biāo)纖維長度<6mm纖維厚度<0.005mm球狀顆粒含量通過0.25mm篩（90±5）％通過0.063mm篩（70±10）％德蘭尼特AS幾種常用纖維電鏡掃描微觀圖對比聚丙烯腈纖維（×8000）聚酯纖維（×8000）

木質(zhì)素纖維質(zhì)地疏松，分支較多，各纖維相互纏繞，比表面積較大，且表面粗糙不平，粗細不均；石棉纖維較細，分叉較多，粗細也不均勻，比表面較前者要小，且表面較光滑；聚丙烯腈纖維和聚酯纖維端部有明顯的突起，似“觸角”狀，有利于相互搭接。玄武巖纖維形態(tài)木質(zhì)素纖維（×1500）石棉纖維（×3500）（二）瀝青加纖維的作用普通改性瀝青受到的限制瀝青加纖維的作用機理為了滿足工程的需要，瀝青混合料在低溫條件下必須解決開裂問題，而在高溫時又必須解決車轍變形問題，一般瀝青是很難同時滿足上述兩方面要求。從粘彈性力學(xué)原理，控制高溫變形的材料參數(shù)是彈性模量、粘度、相位角和蠕變強度；而控制低溫開裂的參數(shù)是屈服強度和斷裂韌性。所以瀝青混合料需要“三增”，即“增大彈性”、“增大強度”和“增大韌性”才能滿足各種使用要求普通改性瀝青受到的限制普通改性瀝青，例如用SBS和PE等改性瀝青，是基于“合金化”的原理制成的。所謂“合金化”是指將合金添加劑加入高溫熔融的基體材料中，使二者融為一體，合金添加劑原子和分子結(jié)構(gòu)將溶解并均勻分散于基體材料中。這種改性方法，受到了瀝青溶解度的嚴格限制，同時過多的添加劑用量會影響拌和、儲存和施工。通常改性劑的摻量不能超過5％～6％，這就帶來了以下問題：普通改性瀝青受到的限制

帶來的問題用改性劑“增彈增粘”有一個限度，且隨溫度升高，其效果急劇下降；難于提高瀝青的柔韌性；難于解決隨時間老化脆化問題（改性劑本身同樣存在老化問題）瀝青加纖維的作用機理所謂“復(fù)合材料化”是指在基體材料中摻加纖維或粒子型材料，形成“基體+纖維”復(fù)合材料。這是一門為克服“合金化”先天不足而發(fā)展起來的現(xiàn)代材料科學(xué)技術(shù)。瀝青加纖維的作用機理纖維與基體是一種物理合成疊加，二者以獨立的物質(zhì)形態(tài)存在，這種復(fù)合材料可以把它們各自的優(yōu)點疊加起來，具有“增彈”、“增強”和“增韌”的作用；纖維的加入量一般不受瀝青基體材料物理性質(zhì)的限制；瀝青復(fù)合材料性能與纖維加入量成線性比例關(guān)系（當(dāng)然還有一個經(jīng)濟問題），所以可以通過纖維加入量來控制瀝青混合料性能；在瀝青老化脆化時，纖維可起補償作用，對于這種“瀝青+纖維”材料簡稱“纖維復(fù)合瀝青”（三）纖維瀝青膠漿的性能瀝青混合料由瀝青膠漿及骨料兩部分組成。膠漿在瀝青混合料中所占比例不大，但對路面性能起著十分重要的作用。根據(jù)SHRP研究果瀝青對于高溫車轍的貢獻率為29%，對疲勞的貢獻率為52%，對溫度裂縫的貢獻率為87%。試驗時可知，纖維加入到瀝青中后，其稠度和粘度明顯增加。下面我們根據(jù)兩個試驗來評價纖維瀝青膠漿的性能。（1）沉錐試驗（2）動態(tài)剪切（DSR）試驗（1）沉錐試驗沉錐試驗是一種簡單而又有效的測試纖維瀝青抗剪切能力的方法。實際反映了纖維瀝青膏體的抗剪切能力的大小。即沉錐沉入的深度越大，其抗剪能力越小。沉錐測試儀是由水泥砂漿稠度儀改裝而成的，因其沉錐質(zhì)量輕，故在沉錐上外加500g的砝碼。沉錐試驗結(jié)果

纖維種類DolanitASBonifibesGoodRoadII木質(zhì)素纖維玻璃纖維石棉纖維原瀝青平均沉入深(mm)5.126.255.109.448.4816.0627.60抗剪強度τ(KPa)2.53691.70252.55680.746260.924790.257840.08730（2）動態(tài)剪切（DSR）試驗

動態(tài)剪切流變儀(DynamicShearRheometer)是一種評價高分子材料流動特性的通用儀器，在SHRP計劃中，DSR試驗主要用于評價旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化前后的高溫性能和壓力老化后瀝青的疲勞性能。試驗采用符合技術(shù)要求的SBS改性瀝青，纖維采用VIRTOP80木質(zhì)素纖維和DolanitAS纖維。制備試樣時的溫度控制為175°，分別按照4%和6%用量（相當(dāng)于瀝青混合料中0.2%和0.3%纖維用量、5%瀝青用量）配制了不同的瀝青膠漿，攪拌混合至均勻。試驗結(jié)果如下表和下圖所示:不同品種、用量的纖維在不同溫度下的

高溫車轍因子纖維品種溫度（℃）纖維品種摻量466480100110無27.04.291.350.827(90℃試驗結(jié)果)木質(zhì)素纖維4％60.512.24.782.201.316％82.119.28.333.862.49Dolanit?AS4％10220.07.292.521.476％10622.08.582.941.83不同品種、用量的纖維在不同溫度下的

高溫車轍因子

試驗結(jié)果表明：纖維摻量一定時，隨著溫度提高，G*/sinδ值迅速降低，瀝青膠漿具有顯著的溫度敏感性；在相同的溫度時，隨纖維用量增加，G*/sinδ值也增加，說明纖維的加入使得纖維瀝青膠漿的高溫穩(wěn)定性得以提高。使用木質(zhì)素纖維時，4%用量和6%的效果具有顯著的差距，而DolanitAS纖維的差距則小得多。由纖維膠漿試驗可得到以下結(jié)論：纖維越細對瀝青吸附力越強，對瀝青的穩(wěn)固作用越好，但其抗剪性能未必好，正如沉錐試驗所驗證那樣；纖維的加入對瀝青的高溫性能均有所改善，但其改善幅度大小同纖維的組成和粗細狀況有關(guān)，其改善效果應(yīng)視纖維對瀝青的穩(wěn)定吸附作用和加筋作用的綜合情況而定；纖維對瀝青有很好的吸附和穩(wěn)固作用，因而摻加纖維的瀝青混合料其最佳瀝青用量均有所增加，增加的幅度與纖維的表面特征、組成結(jié)構(gòu)、分散程度和摻加劑量等有關(guān)；纖維膠漿的高溫性能與纖維瀝青混合料的具有一致性，但纖維作用效果如何，同礦料級配等條件有關(guān)。瀝青+纖維粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細觀力學(xué)原理解釋增大粘度增大模量增大強度增大韌性增大粘度——愛因斯坦粘度理論愛因斯坦（Einstein）混合率公式η：“瀝青+纖維”的粘度ηm：瀝青的粘度KE:愛因斯坦系數(shù)Φf：纖維的體積百分率愛因斯坦系數(shù)KE與纖維的

長徑比關(guān)系圖長/徑（l/d）比愛

因

斯

坦

系

數(shù)由圖可知：當(dāng)l/d>1時，KE>2.5。顯然，纖維的“增粘作用”取決與纖維的加入量、纖維的l/d及愛因斯坦系數(shù)KE。纖維的“增粘作用”有效提高了瀝青膠結(jié)料的抗剪能力，從而提高了路面的抗車轍變形能力。同時KE與溫度無關(guān)，因而纖維對于提高瀝青高溫下的粘度及高溫抗車轍能力尤其具有更重要的意義。增大模量增加瀝青彈性模量是提高瀝青抵抗變形及變形恢復(fù)能力的一種基本手段。“瀝青+纖維”的彈性模量可用右式表示：G：“瀝青+纖維”的彈性模量Gf：纖維的彈性模量Gm:瀝青的彈性模量Φf：纖維的體積百分率

由上式可以看出與增粘作用一樣，纖維對瀝青彈性模量的提高與纖維的彈性模量及其加入量成線性關(guān)系增大強度根據(jù)混合率模型，對于隨機空間分布的短纖維增強復(fù)合材料，其抗剪屈服強度可表示為：σcu及σfu：分別表示復(fù)合材料及纖維的抗拉屈服強度σ’

mu：對應(yīng)于復(fù)合材料破壞時基體所承受的應(yīng)力C0：纖維方位因子Φf

：纖維的體積百分率可見，

“瀝青+纖維”的屈服強度σcu與纖維強度及加入量Φf成線性關(guān)系增大韌性纖維的“增韌”作用與“增強”作用含義上是不一樣的?！霸鰪姟笔侵咐w維的加筋作用，應(yīng)與纖維的強度和加入量有關(guān)?！霸鲰g”是指纖維加入瀝青之間，可以提高“瀝青+纖維”的變形能力。特別是在外力大于材料本身的強度時，材料的塑性變形量增大，所以“增強”并不代表就“增韌”了?！霸鰪姟辈⒉灰欢ń鉀Q裂縫問題，“增韌”才是解決裂縫問題的最好辦法。例如，半剛性基層強度越高越容易開裂，因為它是脆性的，在交通荷載或溫度應(yīng)力作用下，只要發(fā)生變形就有可能開裂。根據(jù)細觀力學(xué)原理，纖維的“增韌”作用是來自纖維與基體材料（瀝青）因材料性質(zhì)差異在纖維——基體界面附近形成的殘余應(yīng)力應(yīng)變場及顯微裂紋增大韌性

細觀力學(xué)原理（a）殘余應(yīng)變引起的裂縫尖端應(yīng)力集中因子K的降低量ΔK：G：瀝青的彈性模量μ：瀝青的泊松比Vf：應(yīng)變區(qū)纖維的體積百分數(shù)γii：體膨脹應(yīng)變量H：應(yīng)變尾區(qū)高度

可見，纖維加入量Vf愈大，纖維與瀝青的熱膨脹系數(shù)差異γii越大，則“瀝青+纖維”的韌性增加越大增大韌性

細觀力學(xué)原理（b）顯微裂紋的“增韌”效果由下式表示：ΔK1：由顯微裂紋導(dǎo)致的宏觀裂紋尖端應(yīng)力集中因子K的降低量γii：體膨脹應(yīng)變量

可見，γii愈大，微觀裂紋引起的韌性增加愈大增大韌性

細觀力學(xué)原理因微裂紋存在導(dǎo)致材料軟化而產(chǎn)生的增韌效果ΔK2：N：單位體積中微裂紋數(shù)目可見，N愈大，增韌效果越好（四）纖維瀝青混凝土的路用性能（1）水穩(wěn)性（2）抗車轍性能（3）抗裂性能（4）疲勞性能（1）水穩(wěn)性采用AC-13I，玄武巖石料，AH-70重交瀝青摻DolanitAS纖維與SBS改性瀝青殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂對比試驗，其中凍融劈裂試件的空隙率按7±1％控制，對比試驗結(jié)果如表。

殘留穩(wěn)定度與凍融劈裂對比試驗結(jié)果

類別殘留穩(wěn)定度（％）抗拉強度比TSR（%）AC-13I，AH-7085.066.7AC-13I，AH-70摻0.25％纖維88.875.3AC-13I，改性瀝青95.576.7可見：在AH-70摻0.25％纖維后，其抗水損害能力得到明顯的提高，與改性瀝青基本相當(dāng)。因此，纖維對瀝青混合料的水穩(wěn)定性有改善作用。(2)抗車轍性能采用AC-13I，玄武巖石料，

AH-70重交瀝青摻與不摻德蘭尼特AS纖維、SBS改性瀝青進行對比試驗AC-13I車轍對比試驗類別AC-13I，AH-70瀝青AC-13I，摻0.25％德蘭尼特纖維，AH-70瀝青AC-13I，不摻纖維，改性瀝青動穩(wěn)定度DS(次/mm)22504631＞6000由此可知：在AH-70瀝青中摻加纖維后的動穩(wěn)定度提高了一倍多。因此，在普通重交瀝青中摻加纖維后，抗車轍效果是非常明顯的。圖3為在AH-70瀝青中摻與不摻纖維車轍試件圖，從圖中可看出：摻纖維的試件轍槽深度比不摻纖維的明顯淺得多。這是由于加入纖維后，纖維吸附及穩(wěn)定瀝青，使瀝青的粘稠度和粘聚力增大，同時由于縱橫交錯的“加筋”作用，使混合料具有較高強度，使混合料的抗車轍性能提高，纖維瀝青混合料的整體性、抗剪性及抗車轍能力增強。AC-13I摻與不摻德蘭尼特AS纖維車轍試件圖a)AH-70重交瀝青b)AH-70重交瀝青+0.25%纖維采用AC－13I，盤錦AH-90瀝青，石灰?guī)r碎石進行不同纖維品種的高溫穩(wěn)定性對比試驗

不同纖維品種的高溫穩(wěn)定性對比試驗

纖維品種聚酯纖維聚丙烯晴綸纖維木質(zhì)素纖維石棉纖維無纖維動穩(wěn)定度（次/mm）670716460404299變形速率（mm/min）0.0630.0590.0910.1040.141由此可知：在瀝青混合料中摻加適量的纖維后高溫穩(wěn)定性明顯提高，同時由于聚丙烯腈纖維和聚酯纖維端部有明顯的“觸角”狀突起，有利于各纖維的搭接，便于“橋接”與“加筋”作用的發(fā)揮，使路面?zhèn)鬟f的荷載可以及時的分散于礦質(zhì)骨料和瀝青砂漿中，而其他纖維這種“橋接”作用不明顯，故這兩種纖維的抗車轍能力較強。而聚丙烯腈纖維的長徑比聚酯纖維的大，故聚丙烯腈纖維作用效果最好。德蘭尼特AS纖維與不摻纖維或摻入其他纖維實際使用效果比較。

奧地利某道路車轍跟蹤觀測圖

可見：摻加0.1～0.3％（重量比）的德蘭尼特AS纖維與不摻纖維或摻入其他纖維相比；路面車轍可減少35～60％。年份車轍深度mm無纖維0。3%Rockwool纖維0。3%木質(zhì)素纖維20。1%德蘭尼特AS纖維0。5%Rockwool纖維0。5%木質(zhì)素纖維10。3%德蘭尼特AS纖維0。3%木質(zhì)素纖維10。5%木質(zhì)素纖維20。3%Rockwool纖維（3）抗裂性能劈裂強度試驗采用AC-13I，玄武巖石料，AH-70重交瀝青摻德蘭尼特AS纖維與SBS改性瀝青用靜壓成型φ10×10cm試件，進行劈裂強度與回彈模量對比試驗。結(jié)果表明：AH-70摻纖維后，其劈裂強度明顯強于改性瀝青和普通瀝青混合料；而回彈模量較普通AC－13I的回彈模量降低16%，與改性瀝青相當(dāng)，這表明瀝青混合料剛度減少，瀝青路面的彈性恢復(fù)能力增強，行車舒適性提高。劈裂強度與回彈模量試驗結(jié)果（15℃）

類別劈裂強度（MPa）回彈模量（MPa）AC-13I，AH-70摻0.25％纖維1.812281AC-13I，AH-701.692648AC-13I，改性瀝青1.722106小梁低溫彎曲試驗采用與上面同樣的AC－13I瀝青混合料，制成小梁后用小梁彎曲試驗確定其抗拉能力。小梁低溫彎曲試驗結(jié)果（-10℃）類別彎拉強度（MPa）撓度(mm)最大彎拉應(yīng)變（×-106）彎拉勁度模量(MPa)AH-70摻0.25％纖維6.6120.5126782470AH-705.8640.37719782965改性瀝青8.4730.54628672956試驗結(jié)果表明：摻纖維后，較普通瀝青混合料其抗彎拉能力顯著提高，彎拉強度提高12.8％，破壞時的彎拉應(yīng)變提高35.4％，彎拉勁度模量下降20％；因此摻纖維后瀝青混合料的低溫抗裂性得到加強。MTS疲勞性能試驗

采用應(yīng)力控制方式在MTS上分別進行AC－16I、AC－16I＋0.3%木質(zhì)素纖維、AC－16I＋0.3%DolanitAS纖維三種混合料不同應(yīng)力比下的疲勞試驗。試驗結(jié)果如下圖：（4）疲勞性能三種瀝青混合料的疲勞曲線圖

瀝青混合料中摻加纖維后，疲勞壽命顯著提高，表明纖維有延緩瀝青混合料的疲勞損傷。尤其是AC-16I+DolanitAS纖維，疲勞壽命增加很大，因此DolanitAS纖維對瀝青混合料疲勞性能的改善要優(yōu)于木質(zhì)素纖維。APA疲勞性能試驗利用APA對SMA13摻德蘭尼特纖維與摻木質(zhì)素纖維的混合料進行重復(fù)加載試驗，結(jié)果如表11?？梢钥闯鰮降绿m尼特纖維的疲勞壽命較摻木質(zhì)素纖維增加了16％，與不摻纖維相比，增加208％（摻木質(zhì)素纖維增加了165％），差別明顯的。SMA13瀝青混合料APA疲勞

試驗對比

類型纖維種類疲勞次數(shù)（次）SMA13德蘭尼特纖維33675木質(zhì)素纖維29000不摻纖維10950（5）SMA中摻木質(zhì)素纖維與DolanitAS纖維的性能比較

采用SMA－13級配，SBS改性瀝青，輝綠巖碎石進行摻0.4%木質(zhì)素纖維與0.2%DolanitAS纖維的性能對比試驗，試驗結(jié)果如下表：SMA－13瀝青混合料馬歇爾試驗結(jié)果

纖維類型最佳油石比(%)空隙率（%）VMA（%）VCAmix（%）VFA（%）穩(wěn)定度(KN)流值(0.1mm)木質(zhì)素6.44.217.336.675.57.5639.5Dolanit6.24.117.136.476.28.138.1技術(shù)要求≮6.04.0～4.5≮17.0≯VCADRC75~85≮6.020~50SMA－13瀝青混合料性能試驗結(jié)果

纖維類型殘留穩(wěn)定度（%）抗拉強度比TSR（%）動穩(wěn)定度(次/mm)木質(zhì)素纖維92.888.6＞6000DolanitAS92.489.0＞6000纖維類型破壞荷載(N)跨中撓度(0.01mm)彎拉強度(RB)(MPa)極限應(yīng)變(εB)(10-6)勁度模量(SB)(MPa)木質(zhì)素9830.648.0333342429.4DolanitAS10930.78.9336572442.6SMA－13瀝青混合料低溫彎曲試驗結(jié)果

由此可見在SMA中采用摻0.2%的DolanitAS纖維比摻0.4%的木質(zhì)素纖維的最佳油石比減少0.2%，而抗水損害能力與抗車轍能力方面兩者相當(dāng)，抗低溫開裂能力方面DolanitAs纖維明顯優(yōu)于木質(zhì)素纖維。在江西昌金高速公路采用SMA摻0.2%DolanitAS纖維與摻0.4%木質(zhì)素纖維各鋪筑了500m的試驗路，從試驗路的鋪筑效果來看：兩種纖維鋪筑效果均不錯，但摻DolanitAS纖維在SMA中的分散性更好，表觀效果更好。四、工程應(yīng)用實例

土工布和纖維工程應(yīng)用已在全國逐步推廣，成功例子很多。這里介紹我們自己做的和了解的幾個實際工程。瀝青拌和樓纖維添加示意圖

對于普通瀝青混合料，間歇拌和設(shè)備每盤拌和時間為30～60s，加入纖維后應(yīng)延長10～15s，推薦干拌25～30s，濕拌30s，以混合料拌和均勻，纖維和瀝青裹覆良好為準(zhǔn)原路面結(jié)構(gòu)圖長沙－黃花機場高速公路舊水泥路面的瀝青罩面后路面結(jié)構(gòu)圖

一、長沙－黃花機場高速公路舊水泥路面的瀝青罩面工程。

二、武漢軍山長江大橋橋面鋪裝工程武漢軍山大橋是一座特大型公路鋼箱梁斜拉橋，全長964米，橋面用雙層SMA鋪裝，結(jié)構(gòu)如下圖：三、廣州北環(huán)高速公路廣州北環(huán)高速公路面層采用摻0.2%德蘭尼特As纖維的AC-20作下面層，橋面SMA用德蘭尼特As纖維代替木質(zhì)纖維素，通車近3年后，路面狀況良好，目前，該高速公路高峰交通量高達100，000輛。而且重車很多。四、河北石黃高速公路根據(jù)有關(guān)河北石黃高速公路石辛段試驗路（如圖）的檢測分析報告指出，纖維瀝青混凝土具有施工工藝簡單，提高混合料性能顯著的特點，使用效果良好。從加入聚酯纖維驗路段和SMA實驗路段進行比較，如表12、13，可看出兩者都具有較好的路用性能和抗裂效果，但在SFC值和車轍方面聚酯纖維更顯示出優(yōu)于SMA的特點。因此在石黃高速公路二期工程舊路改建段得到推廣應(yīng)用。石黃高速公路石辛段試驗路檢測結(jié)果

路段檢測日期彎沉(0.01mm)橫向力系數(shù)SFC平整度IRI聚酯纖維98年12月4.73659.51.15999年12月5.91255.41.149SMA98年12月4.33460.041.13499年12月