目前采用纖維瀝青混凝土來提高路面的抗裂能力越來越受重視。首先通過小梁彎曲試驗(yàn)，得到材料的彎拉強(qiáng)度、破壞應(yīng)變等基本的力學(xué)參數(shù)指標(biāo)。然后利用斷裂力學(xué)知識，通過帶切口小梁彎曲試驗(yàn)，引入J積分概念，得到材料的延性斷裂韌度JIC ，以此評價材料的抗裂性能。
[關(guān)鍵詞]
纖維瀝青混凝土 彎拉強(qiáng)度 J積分 斷裂韌度
一、前言
目前國內(nèi)的高等級道路大多數(shù)采用半剛性基層，因?yàn)榘雱傂圆牧嫌休^高的強(qiáng)度和良好的穩(wěn)定性，延長了道路的使用壽命，但隨之卻在使用早期出現(xiàn)比柔性基層瀝青路面多而頻繁的裂縫，這些裂縫的出現(xiàn)，尤其是反射裂縫，會使水滲入路面路基結(jié)構(gòu)，減弱其整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還容易引起瀝青面層較快地出現(xiàn)龜裂等。因此，防止裂縫的相應(yīng)措施已成為道路工作者的關(guān)注重點(diǎn)，其中采用改善面層材料性能來提高路面抗裂能力的方法越來越受重視。
對于面層抗裂性能的研究，目前主要通過采用聚合物改性瀝青，提高瀝青混合料的低溫柔韌性，減少裂縫出現(xiàn)的幾率。與改性瀝青相比，纖維在瀝青混合料中的作用同樣能改善高低溫性能，一個突出的特點(diǎn)是能阻止裂縫的擴(kuò)展，包括溫縮裂縫和反射裂縫。因此近年來對纖維瀝青混合料的研究和應(yīng)用越來越廣泛。瀝青混合料的低溫抗裂能力與它在低溫下的抗拉強(qiáng)度、松弛能力，以及收縮性質(zhì)等有關(guān)。通過纖維瀝青混凝土小梁彎曲試驗(yàn)和斷裂試驗(yàn)，可以得到材料的彎拉強(qiáng)度、勁度模量、破壞應(yīng)變、斷裂韌度等力學(xué)參數(shù)，由此可以分析纖維瀝青混凝土的抗裂性能。
二、纖維瀝青混凝土小梁彎曲試驗(yàn)
(1)試驗(yàn)材料及方法
試驗(yàn)用的瀝青混凝土選擇比較常用的防滑面層材料AK-13A型瀝青混合料，瀝青為ESSO70#重交瀝青，瀝青用量為4.7%，纖維為聚丙烯腈綸纖維，纖維用量分別為集料總重的0.1%和0.2%，瀝青混凝土梁由輪碾法成型的瀝青混合料試塊切割而成，尺寸為250mm×50mm×50mm，跨徑200mm，高跨比W/L為4。小梁的編號為M0、M0.1和M0.2，所對應(yīng)的混合料纖維用量分別為0、0.1%和0.2%。
瀝青混凝土小梁彎曲試驗(yàn)在MTS810試驗(yàn)機(jī)上完成，加載方式采用應(yīng)變控制模型，加載速率為1mm/min，由計(jì)算機(jī)完成應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù)的采集。試驗(yàn)溫度為0℃和-12℃。
(2)勁度模量和破壞應(yīng)變計(jì)算公式
瀝青混凝土小梁的彎拉模量E 和破壞應(yīng)變ε的計(jì)算公式如下:
式中: PS ---極限荷載，N ;
L ---跨徑，為200mm ;
b ---梁寬，為50mm ;
h ---梁高，為50mm ;
δ---極限荷載時的跨中變形，mm
(3)小梁彎曲試驗(yàn)結(jié)果分析
在加載初期，M0.1和M0.2纖維瀝青混凝土的曲線斜率比普通瀝青混凝土M0的大，即前者具有較大的勁度，因?yàn)槔w維在其中起到了加勁作用，它減小了瀝青混凝土的響應(yīng)。當(dāng)達(dá)到材料極限荷載時，M0幾乎同時發(fā)生斷裂，表現(xiàn)為脆斷。而M0.1和M0.2具有與金屬相同的塑性特征，存在明顯的屈服階段，此時纖維的橋聯(lián)作用使材料仍具有一定的承載能力，直至纖維從瀝青中拔出或斷裂而引起失穩(wěn)斷裂。
其次一個顯著的特點(diǎn)是纖維明顯提高了瀝青混凝土的破壞應(yīng)變。在瀝青混合料中加入纖維后，雖然破壞荷載變化較小，但破壞應(yīng)變增大幅度較大。與M0普通瀝青混凝土相比，在0℃時，M0.1和M0.2纖維瀝青混凝土破壞應(yīng)變分別提高30.6%和50%，而在-12℃破壞應(yīng)變提高35.9%和65.6%，可見纖維對瀝青混凝土變形能力的改善效果非常顯著，并且這種改善效果隨纖維用量增大而提高。另外可以看出，當(dāng)溫度從0℃降低到-12℃，未加纖維的瀝青混凝土破壞應(yīng)變降低較多，即材料變得更脆。而纖維瀝青混凝土仍然保持一定的破壞應(yīng)變，如纖維用量為0.2%的纖維瀝青混凝土在0℃和-12℃溫度條件下的破壞應(yīng)變分別為0.0108和0.0106 ，幾乎相等。若從彎拉模量來看，M0.1和M0.2的彎拉模量比M0小，低溫變形能力更好，從而具有較好的抗裂能力。
另外也可根據(jù)荷載-撓度曲線，計(jì)算曲線以下的面積，即材料的韌度，來反映材料抵抗破壞的能力。正因?yàn)槔w維瀝青混凝土在加載至破壞過程中需要經(jīng)歷一段較長的屈服階段，其韌度明顯比普通瀝青混凝土大。