玄武巖纖維瀝青路面耐疲勞性能試驗研究

田 平,趙 備,張 蘭

(1.河北交通職業(yè)技術學院,石家莊 050091;2.京港澳高速公路石安改擴建籌建處,河北邢臺 054000;3.唐山市交通運輸局,河北 唐山 063000)

瀝青路面抗疲勞試驗有應力和應變兩種主要控制模式,應變控制模式疲勞試驗方法大部分用于國外,應力控制模式則是常用于國內的試驗方法。應變控制疲勞試驗測得的瀝青混合料的應力應變曲線行態(tài)與瀝青路面的受力狀態(tài)更加吻合。因此,采用應變控制試驗模式的彎曲疲勞試驗方法,對瀝青混合料抗疲勞性能的研究,是最符合瀝青路面實際情況。

1 抗疲勞性能試驗

圖1 應變控制疲勞試驗設備圖 (a)及模型示意圖 (b)

針對不同摻量玄武巖纖維的瀝青混合料的抗疲勞性能試驗,一般選用高、中、低三個應變指標在UTM試驗系統上進行試驗,每個應變指標進行3個平行試件?？蛊谠囼炘O備見圖1(a),模型見圖1(b)所示。試驗條件為常溫,玄武巖纖維瀝青混合料表現出的粘彈性尤為顯著。疲勞試驗采用應變控制方法,試件斷裂破壞現象一般不會明顯出現,瀝青混合料疲勞損壞標準一般以勁度下降到初始勁度的50%或更低時為標準,本研究中的瀝青混合料疲勞試驗所采用的勁度標準是以下降到初始勁度的50%時結束的。

2 疲勞試驗結果分析

試驗過程中發(fā)現加纖維的瀝青混合料在同應變水平下的疲勞壽命較長,疲勞試驗結果見表1和圖2所示。

表1 疲勞試驗結果

圖2 應變水平與疲勞壽命(a)、總能耗(b)的回歸曲線

由此可知：

(1)應變水平與疲勞壽命及累計能耗呈良好的雙對數線性關系,可用疲勞方程表示。

(2)累計能耗的變異系數比疲勞壽命的變異系數小,表明累計能耗值較疲勞壽命穩(wěn)定,以累計能耗指標評價疲勞性能更合理。

(3)在其它環(huán)境條件相同時,玄武巖纖維瀝青混合料的彈性模量越小,試件在應變不變的前提下承受荷載產生的抗疲勞應力越小,瀝青混凝土路面抗疲勞壽命就越長。

(4)在瀝青混合料中摻加玄武巖纖維可以大大提高其抗疲勞性能。1000μ ε應變水平下,聚酯纖維瀝青混合料的疲勞性能為無纖維瀝青混合料的1.83倍,玄武巖纖維瀝青混合料疲勞性能為無纖維瀝青混合料的2.71倍。

3 疲勞性能評價

玄武巖纖維瀝青混合料是一種粘彈性材料,其彈性模量與外界溫度有關,不是一個恒定值,由于它的影響,實際工程中所測得的應力的精確度比較差。所以,采用應力控制方法進行的疲勞試驗,測出的混合料的彎拉應力與疲勞應力之間的關系曲線狀態(tài)還需要進一步改進。而采用應變控制模式進行的抗疲勞試驗,所得出的試驗數值可直接評價瀝青混合料的抗疲勞性能的優(yōu)劣。

研究表明,在瀝青混合料中加入玄武巖纖維,起到 “增彈”、“增韌”及 “增強”作用。在高溫條件下表現出較好的彈性性質,增大彈性變形、延遲彈性變形,減小不可逆的永久變形;在低溫條件下表現出較好的柔韌性,減小低溫開裂可能性;常溫時具有異常突出的抗沖擊能力和疲勞耐久性能。玄武巖纖維明顯改善了瀝青混合料的路用性能,尤其在高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和疲勞性能方面,效果極為顯著,與不加纖維的瀝青混合料相比,高低溫性能提高幅度各約80%,疲勞壽命提高了170%。

[1]張肖寧.瀝青與瀝青混合料的粘彈性力學原理及應用[M].北京：人民交通出版社,2006.

[2]黃衛(wèi),鄧學鈞,C.L.Monismith.能量方法分析瀝青混合料的疲勞特性[J].中國公路學報,1994,7(3)：23-28.

[3]JTG E50-2006,公路工程土工合成材料試驗規(guī)程[S].