聚酯玄武岩纤维无纺布加筋强度试验研究

胡 东，于 冰，田泽宇

(1．张承高速公路张家口管理处，河北 张家口 075000;2．石家庄市交通运输局，河北 石家庄 050000;3．河北省高速公路京衡管理处，河北 衡水 053000)

本研究通过极限弯曲试验和课题组自行设计的直剪试验测定无纤维布、聚酯玻纤布和聚酯玄武岩纤维无纺布沥青混合料的抗弯拉强度、抗弯拉应变和抗剪切强度，对比分析聚酯玄武岩纤维无纺布对沥青混凝土的加筋作用。

1 极限弯曲试验

极限弯曲试验是在UTM－25，温度为15℃，加载速度为50mm/min下测定沥青混合料小梁试件弯曲破坏的力学性能。试验结果如图1所示。

图1 极限弯曲试验结果

由图1可知，贴布的小梁试件具有较高的抗弯拉强度、弯拉应变，较小的劲度模量。与聚酯玻纤布相比，粘贴聚酯玄武岩纤维无纺布的小梁试件的最大弯拉应变和抗弯拉强度有所增加。粘贴聚酯玄武岩纤维无纺布后，小梁试件破坏时间明显滞后，在达到设置的最大变形后，试件裂缝很小，纤维布没有变化。由此可知，聚酯玄武岩纤维无纺布具有较好的加筋作用，可以减缓裂缝的产生，增强沥青混凝土的韧性。

2 直剪试验

2．1 试验依据

AF．Braham博士和William Buttlar教授针对反射裂缝的研究成果表明，当裂缝垂直向上发展时，沥青面层属于“剪切”破坏模式，而裂缝斜向上发展是“弯拉”和“剪切”复合作用的结果，见图2。课题组于2008—2009年进行了大量剪切试验，试件破坏路径基本上是垂直向上发展的，表明直剪试验可以很好地模拟“剪切”的受力特性。

图2 裂缝发展成因解析

2．2 试验方法

以标准应力环为传力装置，通过对UTM轴向加载，应力环产生变形并向沥青混合料试件传递垂直荷载直至破坏，如图3所示。按《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》以最佳油石比成型标准车辙板，喷洒一定量的热沥青，粘贴纤维布，按照试验尺寸割锯10cm×10cm×5cm的试件(误差在±0．2cm以内)，在室温中放置24h。将试件和试验设备一起放置于15℃UTM环境箱中保温3h以上，考虑沥青混合料的性能与加载速度的密切关系，参考小梁低温弯曲试验和常温劈裂试验，选择20mm/min加载速率。采用UTM的数据采集设备自动采集荷载和位移数据，计算试件的破坏应变、剪切强度和剪切应变能密度。

图3 直剪试验加载及装置图

2．3 试验结果及分析

表1 直剪试验结果

聚酯玄武岩纤维布复合沥青混合料试件具有较高的直剪强度、破坏应变和剪切应变能密度，较大的抗剪切变形能力，发生剪切破坏时间较晚。试验表明，聚酯玄武岩纤维无纺布可以提高沥青混合料的抗剪切破坏的能力，延缓裂缝的出现和发展，可以增强混合料的抗裂能力。

3 裂缝反射疲劳试验

目前我国罩面技术通常的维修方法是在原来裂缝路面上加铺沥青罩面层，但是使用一段时间后，原有裂缝会很快反射到新铺的沥青面层上形成反射裂缝，罩面层承载力迅速下降至疲劳破坏。鉴于反射裂缝发生的实际情况，本研究设计了评价加铺聚酯玄武岩纤维无纺布后复合沥青混合料的裂缝反射疲劳试验。对加铺聚酯玄武岩纤维无纺布、聚酯玻纤布及不贴布的三种类型混合料进行试验，选用低、中、高三个应变水平，每个应变水平进行3个平行试件，加载方式为三分点加载，试验温度为15℃。

图4 弯曲疲劳试验模型(a)、试验装置(b)

以劲度模量为初始劲度模量一半为破坏标准，试验结果见图5所示。

图5 应力水平与疲劳寿命关系

由上图可知，铺设土工布后，混合料的抗反射裂缝的疲劳寿命明显延长，寿命增长幅度随应变水平提高越发显著，不同应变下的疲劳寿命长短顺序为聚酯玄武岩纤维布＞聚酯玻纤布＞不贴布。试验结果表明，纤维布具有高强度、高韧性和较好的延展性，与沥青粘层油形成应力吸收膜，在面层与基层或罩面层与旧路面间构成缓冲层，避免应力集中和上下层间的部分相对位移，从而减小层间内应力，抑制并减缓裂缝发展，延长路面使用寿命。

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