沥青路面纤维增强封层抗裂强度模型的建立与评价

夏英志+王海有+张丹+杨松+薛秋香

【摘要】在总结国内外已有试验经验的基础上，通过沥青路面纤维增强封层抗裂强度模型的建立，提出纤维沥青封层抗裂概率强度理论，通过分析“临界区”内短纤维的分布特点，将其分为终止纤维和桥联纤维，终止纤维对结构强度贡献不大，主要由桥联纤维发挥作用，根据短纤维这一受力特点，通过分析短纤维的概率分布函数，推导出纤维沥青封层抗裂概率强度预估模型。

【关键词】沥青路面;纤维;封层;强度模型

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

在沥青纤维封层中，纤维的嵌锁咬合作用，提高了开裂断面抗剪切传荷能力，纤维的存在使纤维封层表面的裂缝尖端的应力减小，有效的阻止了裂缝的进一步的扩展。同时，纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用，对提高路面耐久、抗渗、耐磨等性能起到积极地作用。

2. 抗裂强度模型

纤维沥青层是沥青纤维增强封层抗裂性能的主要贡献者，它是一种以沥青为基体相，短纤维为增强相的复合材料，短纤维随机分布于沥青层中，相互搭接构成网状增强体，对其路用性能起到了极大地改善作用，在研究其力学问题时，需要涉及纤维的排列情况、纤维和基体的性能及界面性能等。

2.1概率强度。

按纤维沥青层的结构组成特点，可以将其归为一类复合材料——随机短纤维增强复合材料。由于短纤维分布位置及方向的随机性，导致复合材料的强度也具有一定的概率性，故通过概率的形式来表征纤维增强沥青的强度。本文将以概率形式表达的强度称为纤维沥青层的概率强度。

2.2临界区及纤维分布。

概率强度与一定区域内短纤维的分布具有直接联系，因此，必须对这一区域内短纤维的分布进行具体的分析，这里本文将一定的区域称为“临界区”，如图1（a）所示。临界区的宽度为βl，其中，0<βl≤1。这样，由于纤维分布的随机性，有些纤维的端点终止于该“临界区”内，而有些纤维则整体跨过该“临界区”。这样，第一类纤维可以认为对该断面的承载无任何贡献，而第二类纤维对复合材料强度至关重要。我们将第一类纤维称为“终止纤维”，将第二类纤维称为“桥联纤维”，如图1（b）所示。

图1复合材料“临界区”示意图

2.3抗裂强度预估。

（1）纤维概率分布研究。

由于基体中短纤维分布是随机的，因此，“临界区”内“终止纤维”和“桥联纤维”的数量也是随机的，但我们可以通过概率的形式来反映“终止纤维”和“桥联纤维”的数量。如图2所示，为短纤维分布的几何模型。

3. 小结

（1）通过沥青路面纤维增强封层抗裂强度模型的建立，提出纤维沥青封层抗裂概率强度理论，通过分析“临界区”内短纤维的分布特点，将其分为终止纤维和桥联纤维，终止纤维对结构强度贡献不大，主要由桥联纤维发挥作用，根据短纤维这一受力特点，通过分析短纤维的概率分布函数，推导出纤维沥青封层抗裂概率强度预估模型。

（2）通过纤维概率分布研究和纤维受力分析得出概率强度公式。由公式可知，在一定条件下，当纤维和沥青种类确定时，纤维沥青封层的强度是短纤维体积含量Vf的函数，与Vf成正比关系。

参考文献

[1]申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究[R].2009.

[2]赵艳新，张莉.改性乳化沥青纤维封层在路面面层施工中的应用.辽宁省交通高等专科学校学报，2007，9（4）：24～25.

[3]朱春凤.玻璃纤维改善沥青混凝土性能的理论和试验研究[D].吉林：吉林大学，2007.

[4]长安大学、陕西省公路局.沥青路面抗滑表层技术研究[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]刘少伟等.五种方案薄层沥青混凝土罩面试验段的比较分析和评价[C].中国公路学会学术年会论文集.2005.

[7]沙庆林.沥青面层的技术状况和发展方向[J].公路，2003，（8）：1～4.

[8]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[9]刘中林，田文，史建方，谭发茂.高等级公路沥青混凝土路面新技术[M].北京：人民交通出版社，2002.

[10]JTG  F40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].

[11]JTG  H10-2009.公路养护技术规范[S].

[基金项目]河南省2013年科技发展计划项目（132102210464）：沥青路面纤维增强封层关键技术研究。

[文章编号]1619-2737（2014）10-20-815

[作者简介] 夏英志（1977.11-），男，职称：副教授，在读博士;主要研究方向：道路材料及路基处理技术。

【摘要】在总结国内外已有试验经验的基础上，通过沥青路面纤维增强封层抗裂强度模型的建立，提出纤维沥青封层抗裂概率强度理论，通过分析“临界区”内短纤维的分布特点，将其分为终止纤维和桥联纤维，终止纤维对结构强度贡献不大，主要由桥联纤维发挥作用，根据短纤维这一受力特点，通过分析短纤维的概率分布函数，推导出纤维沥青封层抗裂概率强度预估模型。

【关键词】沥青路面;纤维;封层;强度模型

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

在沥青纤维封层中，纤维的嵌锁咬合作用，提高了开裂断面抗剪切传荷能力，纤维的存在使纤维封层表面的裂缝尖端的应力减小，有效的阻止了裂缝的进一步的扩展。同时，纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用，对提高路面耐久、抗渗、耐磨等性能起到积极地作用。

2. 抗裂强度模型

纤维沥青层是沥青纤维增强封层抗裂性能的主要贡献者，它是一种以沥青为基体相，短纤维为增强相的复合材料，短纤维随机分布于沥青层中，相互搭接构成网状增强体，对其路用性能起到了极大地改善作用，在研究其力学问题时，需要涉及纤维的排列情况、纤维和基体的性能及界面性能等。

2.1概率强度。

按纤维沥青层的结构组成特点，可以将其归为一类复合材料——随机短纤维增强复合材料。由于短纤维分布位置及方向的随机性，导致复合材料的强度也具有一定的概率性，故通过概率的形式来表征纤维增强沥青的强度。本文将以概率形式表达的强度称为纤维沥青层的概率强度。

2.2临界区及纤维分布。

概率强度与一定区域内短纤维的分布具有直接联系，因此，必须对这一区域内短纤维的分布进行具体的分析，这里本文将一定的区域称为“临界区”，如图1（a）所示。临界区的宽度为βl，其中，0<βl≤1。这样，由于纤维分布的随机性，有些纤维的端点终止于该“临界区”内，而有些纤维则整体跨过该“临界区”。这样，第一类纤维可以认为对该断面的承载无任何贡献，而第二类纤维对复合材料强度至关重要。我们将第一类纤维称为“终止纤维”，将第二类纤维称为“桥联纤维”，如图1（b）所示。

图1复合材料“临界区”示意图

2.3抗裂强度预估。

（1）纤维概率分布研究。

由于基体中短纤维分布是随机的，因此，“临界区”内“终止纤维”和“桥联纤维”的数量也是随机的，但我们可以通过概率的形式来反映“终止纤维”和“桥联纤维”的数量。如图2所示，为短纤维分布的几何模型。

3. 小结

（1）通过沥青路面纤维增强封层抗裂强度模型的建立，提出纤维沥青封层抗裂概率强度理论，通过分析“临界区”内短纤维的分布特点，将其分为终止纤维和桥联纤维，终止纤维对结构强度贡献不大，主要由桥联纤维发挥作用，根据短纤维这一受力特点，通过分析短纤维的概率分布函数，推导出纤维沥青封层抗裂概率强度预估模型。

（2）通过纤维概率分布研究和纤维受力分析得出概率强度公式。由公式可知，在一定条件下，当纤维和沥青种类确定时，纤维沥青封层的强度是短纤维体积含量Vf的函数，与Vf成正比关系。

参考文献

[1]申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究[R].2009.

[2]赵艳新，张莉.改性乳化沥青纤维封层在路面面层施工中的应用.辽宁省交通高等专科学校学报，2007，9（4）：24～25.

[3]朱春凤.玻璃纤维改善沥青混凝土性能的理论和试验研究[D].吉林：吉林大学，2007.

[4]长安大学、陕西省公路局.沥青路面抗滑表层技术研究[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]刘少伟等.五种方案薄层沥青混凝土罩面试验段的比较分析和评价[C].中国公路学会学术年会论文集.2005.

[7]沙庆林.沥青面层的技术状况和发展方向[J].公路，2003，（8）：1～4.

[8]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[9]刘中林，田文，史建方，谭发茂.高等级公路沥青混凝土路面新技术[M].北京：人民交通出版社，2002.

[10]JTG  F40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].

[11]JTG  H10-2009.公路养护技术规范[S].

[基金项目]河南省2013年科技发展计划项目（132102210464）：沥青路面纤维增强封层关键技术研究。

[文章编号]1619-2737（2014）10-20-815

[作者简介] 夏英志（1977.11-），男，职称：副教授，在读博士;主要研究方向：道路材料及路基处理技术。

【摘要】在总结国内外已有试验经验的基础上，通过沥青路面纤维增强封层抗裂强度模型的建立，提出纤维沥青封层抗裂概率强度理论，通过分析“临界区”内短纤维的分布特点，将其分为终止纤维和桥联纤维，终止纤维对结构强度贡献不大，主要由桥联纤维发挥作用，根据短纤维这一受力特点，通过分析短纤维的概率分布函数，推导出纤维沥青封层抗裂概率强度预估模型。

【关键词】沥青路面;纤维;封层;强度模型

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

在沥青纤维封层中，纤维的嵌锁咬合作用，提高了开裂断面抗剪切传荷能力，纤维的存在使纤维封层表面的裂缝尖端的应力减小，有效的阻止了裂缝的进一步的扩展。同时，纤维封层能降低裂缝尖端的应力，起到阻裂的作用，对提高路面耐久、抗渗、耐磨等性能起到积极地作用。

2. 抗裂强度模型

纤维沥青层是沥青纤维增强封层抗裂性能的主要贡献者，它是一种以沥青为基体相，短纤维为增强相的复合材料，短纤维随机分布于沥青层中，相互搭接构成网状增强体，对其路用性能起到了极大地改善作用，在研究其力学问题时，需要涉及纤维的排列情况、纤维和基体的性能及界面性能等。

2.1概率强度。

按纤维沥青层的结构组成特点，可以将其归为一类复合材料——随机短纤维增强复合材料。由于短纤维分布位置及方向的随机性，导致复合材料的强度也具有一定的概率性，故通过概率的形式来表征纤维增强沥青的强度。本文将以概率形式表达的强度称为纤维沥青层的概率强度。

2.2临界区及纤维分布。

概率强度与一定区域内短纤维的分布具有直接联系，因此，必须对这一区域内短纤维的分布进行具体的分析，这里本文将一定的区域称为“临界区”，如图1（a）所示。临界区的宽度为βl，其中，0<βl≤1。这样，由于纤维分布的随机性，有些纤维的端点终止于该“临界区”内，而有些纤维则整体跨过该“临界区”。这样，第一类纤维可以认为对该断面的承载无任何贡献，而第二类纤维对复合材料强度至关重要。我们将第一类纤维称为“终止纤维”，将第二类纤维称为“桥联纤维”，如图1（b）所示。

图1复合材料“临界区”示意图

2.3抗裂强度预估。

（1）纤维概率分布研究。

由于基体中短纤维分布是随机的，因此，“临界区”内“终止纤维”和“桥联纤维”的数量也是随机的，但我们可以通过概率的形式来反映“终止纤维”和“桥联纤维”的数量。如图2所示，为短纤维分布的几何模型。

3. 小结

（1）通过沥青路面纤维增强封层抗裂强度模型的建立，提出纤维沥青封层抗裂概率强度理论，通过分析“临界区”内短纤维的分布特点，将其分为终止纤维和桥联纤维，终止纤维对结构强度贡献不大，主要由桥联纤维发挥作用，根据短纤维这一受力特点，通过分析短纤维的概率分布函数，推导出纤维沥青封层抗裂概率强度预估模型。

（2）通过纤维概率分布研究和纤维受力分析得出概率强度公式。由公式可知，在一定条件下，当纤维和沥青种类确定时，纤维沥青封层的强度是短纤维体积含量Vf的函数，与Vf成正比关系。

参考文献

[1]申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究[R].2009.

[2]赵艳新，张莉.改性乳化沥青纤维封层在路面面层施工中的应用.辽宁省交通高等专科学校学报，2007，9（4）：24～25.

[3]朱春凤.玻璃纤维改善沥青混凝土性能的理论和试验研究[D].吉林：吉林大学，2007.

[4]长安大学、陕西省公路局.沥青路面抗滑表层技术研究[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]刘少伟等.五种方案薄层沥青混凝土罩面试验段的比较分析和评价[C].中国公路学会学术年会论文集.2005.

[7]沙庆林.沥青面层的技术状况和发展方向[J].公路，2003，（8）：1～4.

[8]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京：人民交通出版社，2001.

[9]刘中林，田文，史建方，谭发茂.高等级公路沥青混凝土路面新技术[M].北京：人民交通出版社，2002.

[10]JTG  F40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].

[11]JTG  H10-2009.公路养护技术规范[S].

[基金项目]河南省2013年科技发展计划项目（132102210464）：沥青路面纤维增强封层关键技术研究。

[文章编号]1619-2737（2014）10-20-815

[作者简介] 夏英志（1977.11-），男，职称：副教授，在读博士;主要研究方向：道路材料及路基处理技术。