新型纤维增强沥青路面的研究

摘要：通过复合材料理论和劈裂试验的比较，确定了含纤维沥青混
凝土的劲度模量；利用损伤理论计算了已含表面裂缝沥青路面的疲劳寿
命，探讨了新型纤维增强沥青路面。
关键词：纤维增强沥青路面；复合材料理论；劈裂试验；损伤力学；疲
劳寿命
　　日益增长的经济建设对道路交通提出了越来越高的要求，围绕减少
道路病害，提高道路寿命的研究为世界各国所重视。沥青路面的设计大
修期为15年，而目前我国的沥青路面往往8年～10年就需要进行检修。
以路面寿命30年计，资料表明这期间用于道路的维修费用几乎等于新建
道路的投资。可见提高公路寿命，延缓检修期至关重要。影响公路质量
重要的因素之一是路面损伤，其中最突出的表现为路面裂缝。本文通过
复合材料理论和劈裂试验的比较，确定了含纤维沥青混凝土的劲度模量
；利用损伤理论计算了已含表面裂缝沥青路面的疲劳寿命，进而探讨了
新型纤维增强沥青路面，具有很高的经济价值。
1　含纤维沥青混凝土劲度模量的确定
1．1　复合材料理论与计算
　当短纤维加到沥青混凝土中，纤维与纤维、纤维与周围基体之间由
于纤维的不连续性而存在着复杂的相互作用，它会显著地影响复合材料
的韧性和破坏过程。那么，短纤维究竟如何影响复合材料的破坏过程？
在这个过程中，纤维究竟起到加筋作用、还是桥联作用即或是二者兼而
有之？很难判断。因此，本文在认为纤维任意分布在混凝土的前提下，
应用复合材料理论，在宏观上和试验的基础上，来确定含纤维沥青混凝土的劲度模
量，并探索了纤维含量的最佳值。国内外目前使用的纤维主要有木质素
纤维、芳纶纤维、玻璃纤维。本文使用芳纶纤维，因为芳纶纤维与沥青
混凝土的粘结性好。纤维和沥青混凝土的材料参数见表1。
由复合材料理论知［1，2］，纤维任意分布的复合材料的有效体积模量
和剪切模量分别为：
k/k0＝1/(1＋cp　) 　μ/μ0＝1/(1＋cp) （1）
式中　k，k0———分别为复合材料的有效体积模量和基体的体积模量；
μ，μ0———分别为复合材料的有效剪切模量和基体的剪切模量；
c———为增强体积百分含量。纤维沥青混凝土中，沥青混凝土为基体，纤维为增强体。
p＝p2/p1　q＝q2/q1 （2）
式中
p1＝1＋c［2（s1122＋s2222＋s2233－1）（a3＋a4）＋（s1111＋2S2211－1）（a1－2a2）］/3a
p2＝［a1－2（a2－a3－a4）］/3a （3）
q1＝1－c｛2/5[(2S1212－1)/[2S1212＋μ0/（μ1－μ0）]]＋1/3
(2S2323－1)/[2S2323＋μ0/（μ1－μ0）]－1/15a×［（s1122－s2233）
（2a3－a4＋a5a）＋2（s1111－s2211－1）×（a1＋a2）＋（s1122－s2222＋1）（2a3－a4＋a5a）］｝
q2＝－2/5[2S1212－1/
2S1212＋μ0/（μ1－μ0）]－1/3
[1/2S2323＋μ0/（μ1－μ0）]＋1/15a×［2（a1＋a2－a3）＋a4＋a5a）］ （4）
s1111＝0，　s2211＝s3311＝v0/[2（1－v0）]
s2222＝s3333＝(

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