纤维对沥青混凝土性能影响的作用及机理
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混凝土中添加纤维的效果分析混凝土中添加纤维的效果分析一、背景介绍混凝土是一种常见的建筑材料,它由水泥、砂、石料和水等组成。
在建筑工程中,混凝土具有强度高、耐久性强、施工方便等优点,但在一些特定的工程中,混凝土的性能或许不能满足要求。
因此,为了提高混凝土的性能,人们开始研究在混凝土中添加纤维的效果。
二、添加纤维的作用1. 提高混凝土的抗裂性能混凝土在受到外力的作用下,容易出现裂缝,而添加纤维可以有效地提高混凝土的抗裂性能。
纤维在混凝土中起到增加混凝土内部能够承受的应力和能量的作用,从而减少混凝土的裂缝数量和裂缝宽度。
2. 提高混凝土的抗冲击性能混凝土在受到冲击时容易破碎,而添加纤维可以有效地提高混凝土的抗冲击性能。
纤维在混凝土中起到分散应力的作用,从而减少混凝土的破碎。
3. 提高混凝土的抗渗性能混凝土的渗透性是建筑工程中需要考虑的一个问题,而添加纤维可以有效地提高混凝土的抗渗性能。
纤维可以填充混凝土中的微孔和疏松区域,从而减少混凝土的渗透性。
三、添加纤维的种类1. 金属纤维金属纤维是指由金属制成的纤维,如钢纤维、铝纤维等。
金属纤维的优点是强度高,耐腐蚀性好,但缺点是易生锈。
2. 碳纤维碳纤维是指由碳制成的纤维,具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点,但价格较高。
3. 玻璃纤维玻璃纤维是指由玻璃制成的纤维,具有耐腐蚀、耐高温、隔热等优点,但强度较低。
4. 天然纤维天然纤维是指由天然纤维素制成的纤维,如木材纤维、麻纤维等。
天然纤维的优点是环保、价格便宜,但强度低。
四、添加纤维的方法1. 散装添加将纤维散装在混凝土材料中,然后进行搅拌。
这种方法适合于纤维长度较短的纤维。
2. 预拌添加将纤维预先与混凝土材料进行混合,然后进行搅拌。
这种方法适合于纤维长度较长的纤维。
3. 泵送添加将纤维放入混凝土泵中,然后进行泵送。
这种方法适合于纤维长度较长的纤维。
五、添加纤维的注意事项1. 选择适合的纤维种类不同种类的纤维在混凝土中起到的作用不同,需要根据工程需要选择适合的纤维种类。
混凝土中添加纤维的效果分析一、引言混凝土是现代建筑中常用的建筑材料之一,具有高强度、耐久性好等优点。
但是,混凝土在使用过程中也存在一些问题,如易开裂、低韧性等。
为了解决这些问题,人们开始研究将纤维添加到混凝土中的方法。
本文将对混凝土中添加纤维的效果进行分析。
二、纤维的分类1. 金属纤维:如钢纤维、铝纤维等;2. 非金属纤维:如玻璃纤维、碳纤维等;3. 天然纤维:如木质纤维、麻质纤维等。
三、纤维对混凝土性能的影响1. 抗裂性能:纤维可以提高混凝土的抗裂性能,减少混凝土的开裂;2. 抗压强度:适量添加纤维可以提高混凝土的抗压强度;3. 抗拉强度:添加纤维可以提高混凝土的抗拉强度,增加混凝土的韧性;4. 抗冲击性能:纤维可以提高混凝土的抗冲击性能,减少混凝土的碎裂;5. 耐久性:适量添加纤维可以提高混凝土的耐久性,减少混凝土的老化。
四、纤维对混凝土影响的因素1. 纤维长度:纤维长度越长,对混凝土的影响越大;2. 纤维含量:适量添加纤维可以提高混凝土的性能,但是过多的纤维会影响混凝土的流动性;3. 纤维形状:纤维的形状会影响混凝土的性能,如钢纤维的形状为直线,能够提高混凝土的抗拉强度,而弯曲纤维能够提高混凝土的韧性;4. 纤维类型:不同类型的纤维对混凝土的影响有所不同,如钢纤维可以提高混凝土的抗拉强度,而玻璃纤维可以提高混凝土的抗冲击性能;5. 纤维分散性:纤维的分散性会影响纤维的作用效果,如果纤维分散不均匀,会影响混凝土的性能。
五、纤维混凝土的应用1. 地下工程:如地下车库、地下通道等;2. 楼板、墙板、屋面板、隔墙等;3. 桥梁、隧道、喷涂混凝土等;4. 机场跑道、码头、水利水电工程等。
六、纤维混凝土的制备方法1. 干拌法:将纤维、水泥、砂、骨料等混合均匀后再加入适量的水;2. 湿拌法:将纤维、水泥、砂、骨料等混合均匀后再加入适量的水,并进行湿拌;3. 激光熔覆法:将纤维激光熔覆到混凝土表面,形成一层纤维增强的混凝土层。
混凝土中添加纤维对抗压性能的影响一、研究背景混凝土作为一种重要的建筑材料,其力学性能一直是研究的热点。
传统的混凝土在受到外力作用时,容易出现裂缝的情况,这不仅会影响建筑的美观性,还会对其使用寿命产生负面影响。
因此,寻找一种能够提高混凝土抗压性能的方法成为了目前研究的重点之一。
其中,添加纤维成为了一种有效的方法。
二、纤维种类常见的混凝土添加纤维包括:钢纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维、碳纤维等。
三、纤维的影响1. 抗裂性能添加纤维可以有效地提高混凝土的抗裂性能。
钢纤维的拉伸强度和模量较高,可以有效地抵抗混凝土的拉伸裂缝,使混凝土在受到外力作用时能够保持稳定。
聚丙烯纤维的柔韧性好,能够在混凝土的微裂缝中形成纤维桥梁,增强混凝土的抗拉强度。
2. 抗压性能添加纤维还可以提高混凝土的抗压性能。
纤维的添加可以有效地增加混凝土的韧性,减少裂缝的扩展,从而提高混凝土的抗压强度。
在一些研究中,添加纤维可以提高混凝土的抗压强度约20%-30%。
3. 断裂韧度断裂韧度是评价混凝土抗拉性能的重要指标之一。
添加纤维可以显著提高混凝土的断裂韧度。
在一些研究中,添加纤维可以将混凝土的断裂韧度提高2倍以上。
4. 抗冻融性能混凝土在受到冻融循环的影响时容易出现开裂的情况。
添加纤维可以有效地提高混凝土的抗冻融性能。
在一些研究中,添加纤维可以将混凝土的抗冻融性能提高30%-50%。
四、纤维掺量纤维掺量是影响混凝土性能的重要因素之一。
在一些研究中,掺量为0.5%-2%的纤维可以有效地提高混凝土的性能。
但是,纤维掺量过高也会对混凝土的性能产生负面影响。
因此,选择合适的纤维掺量对于混凝土的性能提高至关重要。
五、结论添加纤维是一种有效的提高混凝土性能的方法。
纤维的种类、掺量对于混凝土性能的影响是显著的。
钢纤维、聚丙烯纤维等纤维的添加可以有效地提高混凝土的抗裂性能、抗压性能、断裂韧度和抗冻融性能。
在选择纤维掺量时,需要平衡性能提高和经济成本之间的关系,选择合适的纤维掺量才能最大化地提高混凝土性能。
混凝土中添加纤维材料的效果和应用一、引言混凝土作为一种常用的建筑材料,其力学性能和耐久性一直是人们关注的焦点。
然而,传统的混凝土存在着一些缺陷,例如容易开裂、抗张性能差等。
近年来,添加纤维材料成为了改善混凝土力学性能的有效方法之一。
本文将介绍纤维材料对混凝土性能的影响以及其应用。
二、纤维材料的种类和性能1. 碳纤维碳纤维具有高强度、高模量、低密度、耐腐蚀等优点。
在混凝土中添加碳纤维可以提高混凝土的抗张强度、抗冲击性能和耐久性。
同时,由于碳纤维的导电性能,添加碳纤维还可以提高混凝土的导电性能,从而使混凝土具有防雷击和抗静电等特性。
2. 玻璃纤维玻璃纤维具有优良的耐腐蚀性能、绝缘性能和耐高温性能。
在混凝土中添加玻璃纤维可以提高混凝土的抗张强度、抗冲击性能和耐久性。
同时,由于玻璃纤维的绝缘性能,添加玻璃纤维还可以提高混凝土的绝缘性能,从而使混凝土具有防水、防潮等特性。
3. 金属纤维金属纤维具有高强度、高模量、耐腐蚀等优点。
在混凝土中添加金属纤维可以提高混凝土的抗张强度、抗冲击性能和耐久性。
同时,由于金属纤维的导电性能,添加金属纤维还可以提高混凝土的导电性能,从而使混凝土具有防雷击和抗静电等特性。
4. 聚丙烯纤维聚丙烯纤维具有低密度、耐腐蚀、耐热性好等优点。
在混凝土中添加聚丙烯纤维可以提高混凝土的抗张强度、抗冲击性能和耐久性。
同时,由于聚丙烯纤维的防水性能,添加聚丙烯纤维还可以提高混凝土的防水性能。
三、添加纤维材料对混凝土性能的影响1. 抗裂性能混凝土在受外力作用下容易发生裂纹,这会严重影响混凝土的力学性能和耐久性。
添加纤维材料可以有效地增强混凝土的抗裂性能。
例如,添加玻璃纤维可以增加混凝土的韧性,从而延缓混凝土的破坏。
添加金属纤维可以增加混凝土的弯曲和剪切强度,从而提高混凝土的抗裂性能。
2. 抗冲击性能混凝土在受冲击载荷作用下容易发生破坏,这会严重影响混凝土的使用寿命。
添加纤维材料可以有效地增强混凝土的抗冲击性能。
纤维素在沥青混合料中的作用摘要:介绍了纤维素的分类和其在沥青混合料中的主要作用,以及使用方法、质量指标和检测方法。
最后介绍了木质素、合成聚合物、聚丙烯腈和聚酯等常用纤维素的质量指标与参考价格。
在沥青混合料中添加纤维素后能大大提高沥青路面的路用性能,适宜在修筑优质沥青道路时采用。
关键词:沥青路面纤维素强度稳定性耐久性随着我国公路交通的发展,交通运输量特别是重载车辆运输量的增加,在行车产生的疲劳荷载和冲击荷载作用下,沥青路面出现较为严重的破损现象。
沥青路面混合料的性能及级配不同,路面的使用性能也有差别。
近年来,在对提高沥青路面的耐久性深入研究后,发现在沥青混合料中添加纤维稳定剂,既可在生产、运输、摊铺和碾压过程中保证混合料的均匀性及稳定性,又是提高路面耐久性和稳定性的有效措施。
由于国内外对纤维素的研究起步不久,各品牌的纤维素质量、价格相差颇大,设计、施工单位在选择时较难取舍;因此有必要对纤维素的性能、质量标准、检验方法以及其在沥青混合料中的作用作一介绍,为使用者提供决策依据。
1 纤维素的分类及在沥青混合料中的主要作用1.1 纤维素的分类目前,应用在沥青工程中的纤维,按其化学成分,主要有木质素纤维、有机化学合成纤维和无机矿物纤维;按其产品形状,可分为絮状(纯纤维素)和颗粒状(纤维素通过添加部分沥青预制而成)。
1.2 纤维素在沥青混合料中的主要作用根据工程实践和权威部门测定数据证实,在沥青混合料中添加0.3%的路用工程纤维,马歇尔稳定度明显提高;混合料的流值有所降低,使路面处于不易蠕动状态,结构的稳定性大大提高;劈裂强度增长幅度显著;在高温高湿度条件下,残留稳定度仍保持较高数值,从而阻止了沥青和胶浆的涌出。
因此,路用工程纤维已被广泛应用于新建及修建沥青玛蹄脂碎石路面(SMA路面)、纤维加强型沥青路面,以及透水沥青混合料。
其主要作用可归纳为:1)加筋作用,增强路面的抗低温开裂能力。
在添加纤维素的混合料中,纤维与纤维间搭接成三维立体结构,犹如在灰泥中掺加草筋一样,起到加筋增强作用,有效地减少路面低温开裂。
混凝土中加入纤维的影响研究一、引言混凝土是一种常见的建筑材料,由水泥、砂、石料和水等组成。
虽然混凝土具有较高的强度和耐久性,但在受到冲击、振动等外力作用时容易发生裂缝。
为了提高混凝土的韧性和耐久性,人们开始将纤维加入混凝土中。
纤维混凝土具有较高的抗拉强度、韧性和耐久性,是一种优良的结构材料。
本文旨在探讨纤维混凝土的影响因素及其对混凝土性能的影响。
二、纤维混凝土的分类根据纤维的类型和形状,纤维混凝土可以分为多种类型。
常见的纤维材料包括钢纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维、碳纤维等。
根据纤维的形状,纤维混凝土可以分为直纹型、卷曲型、钩型等。
三、纤维混凝土的性能1. 抗拉强度纤维混凝土的抗拉强度比普通混凝土高出数倍,这是由于纤维能够抵抗混凝土在受力时的裂开。
2. 韧性纤维混凝土具有很好的韧性,可以延缓混凝土的破坏过程,从而提高混凝土的耐久性。
3. 疲劳性能纤维混凝土具有较好的疲劳性能,可以延长混凝土的使用寿命。
4. 抗冲击性纤维混凝土具有较好的抗冲击性能,可以减少混凝土在遭受冲击时的破坏。
四、纤维混凝土的影响因素1. 纤维类型不同类型的纤维对混凝土的影响不同。
钢纤维具有较高的强度和韧性,适用于需要高强度的混凝土结构。
玻璃纤维具有较好的耐腐蚀性,适用于海洋工程等特殊环境。
聚丙烯纤维适用于需要轻质混凝土结构。
碳纤维适用于需要高强度和刚度的混凝土结构。
2. 纤维长度纤维的长度越长,混凝土的抗拉强度和韧性越好。
但是过长的纤维会导致混凝土的流动性变差,影响混凝土的工作性能。
3. 纤维体积分数纤维体积分数指纤维在混凝土中所占的体积比例。
纤维体积分数越高,混凝土的抗拉强度和韧性越好。
但是过高的纤维体积分数会导致混凝土的流动性变差,影响混凝土的施工性能。
4. 混凝土强度纤维混凝土的抗拉强度和韧性随着混凝土强度的提高而增加。
但是过高的混凝土强度会使混凝土的流动性变差,影响混凝土的施工性能。
5. 纤维形状不同形状的纤维对混凝土的影响不同。
纤维混凝土界面性能及纤维作用机理研究共3篇纤维混凝土界面性能及纤维作用机理研究1纤维混凝土作为一种新型的材料,其优越的性能在工程领域中得到不少应用。
由于其优良的机械性能、耐久性和抗裂性能等,因此成为建筑、道路、桥梁等领域中的重要材料。
其中,纤维混凝土界面性能及纤维作用机理是其性能优越的原因之一,下面将进行详细阐述。
一、纤维混凝土界面性能纤维混凝土中由于添加了纤维,使得混凝土中的微裂缝受到抑制,从而提高了混凝土的抗裂性能,同时也增强了混凝土的韧性。
而纤维混凝土中的成分具有不同的性能,所以其间的力学性能也是不同的。
因此,在纤维混凝土中各个成分之间的界面性能也十分重要。
1. 混凝土与纤维之间的界面性能混凝土与纤维之间的界面性能主要包括界面黏结强度、黏结能力以及黏结耐久性等。
其中,界面黏结强度是最重要的一个因素,是指混凝土与纤维之间出现的剪切力、拉伸力所引起的界面黏合力;黏结能力则是指界面的耐久性能,影响因素包括纤维的长度和直径、混凝土配比、拌和时间及固结时间等因素。
2. 纤维与纤维之间的界面性能纤维与纤维之间的界面性能很大程度上影响着纤维混凝土的性能,良好的界面性能有助于提高纤维混凝土的力学性能和耐久性能。
通常来说,好的纤维间界面优于纤维与混凝土间界面,因为纤维之间的相互作用有可能阻碍混凝土的原有结构。
二、纤维混凝土纤维作用机理1. 纤维作为补充和加强混凝土基体纤维在混凝土中可以起到补充和加强混凝土基体的作用。
当纤维加入到混凝土中,可以填充混凝土的孔隙,从而提高混凝土的密实性,同时也可以提高混凝土的抗拉强度、韧性和抗冲击能力。
2. 纤维在混凝土微裂缝中作用纤维在混凝土微裂缝中可以起到传递应力的作用,从而防止微裂缝的扩展,提高混凝土的抗裂性能。
由于纤维在混凝土中的分布不均,可能会影响其抵抗微裂缝扩展的能力。
因此在纤维混凝土中添加纤维的类型、长度、直径和分布方式等要进行适当的控制。
3. 纤维在混凝土中的排列方式纤维在混凝土中的排列方式也会影响其性能表现。
关于纤维对沥青混合料性能的影响研究摘要:近年,纤维沥青路面得到了广泛应用,但在设计和施工中还存在很多问题。
通过对纤维沥青混合料的一系列性能试验,研究了Dolanit® AS聚丙烯腈纤维用量对沥青混合料性能的影响,最佳纤维用量为0.3%,相应的沥青用量为 4.65%。
通过不同类型纤维对沥青混合料性能的影响比较,得出BoniFbers®聚酯纤维效果较好。
最后通过对AC-16和SMA-16两种沥青混合料掺入纤维后的低温性能和水稳定性试验证明,掺纤维后纤维沥青混合料低温抗裂性提高,水稳定性改善,但纤维在沥青混凝土中存在最佳用量,否则效果不佳。
关键词:纤维沥青混合料;纤维类型;最佳用量;低温性能;水稳定性中图分类号:U 416.217文献标识码:AStudies on the Influence of Fiber Asphalt Mixture PerformanceQin Liping1 Li Jie2(1,2 Sichuan college of architectural technology,deyang sichuan,618000)ABSTRACT:In recent years, fibers-reinforced asphalt mixture has been widely used in pavement construction, but there are many problems to he solved for it is design. Through a series of experiments and researches of fibers-reinforced asphalt mixture, When using Dolanit® AS polyacrylonitrile fiber asphalt to analysis the influence of the amount of fiber, existing a optimum amount of fiber. Under present studying conditions, the optimum amount of Dolanit® as polyacrylonitrile is 0.3%, and 4.65% for the corresponding quantity of asphalt. Through different types of fiber on the properties of asphalt mixture compared, the polyester fiber of BoniFibers® is one upon others. Finally, through the improving effect of fiber on the asphalt mixtures AC-16 and SMA-16 practical performances such as low-temperature stability and water stability test ,show that the polymer fiber has strong ability to improve such stabilities ,but there was a optimized amount of fiber contained in the mixture,or ineffective.KeyWords: fibers-reinforced asphalt mixture;fiber type;optimum dosage;low-temperature performance;water stability0.引言沥青路面是高速公路主要的路面结构形式,其破坏形式主要表现为车辙、开裂和疲劳破坏,自60年代以来,几乎大多数与沥青路面研究有关的课题也集中在这三大破坏形式上。
纤维对沥青混凝土性能影响的作用及机理摘要:本文介绍了国内外纤维沥青混凝土的研究现状和应用情况,探讨了纤维对沥青混合料性能改善的原因,分析了纤维增强沥青混合料性能的机理及其在沥青混合料中的作用。
关键词:纤维沥青混凝土;作用;机理Function and mechanism of fiber impacting on the performance of asphaltconcreteAbstract:This article described the international status of fiber-reinforced asphalt concrete research and application, discussed about the reasons of improving performance of fiber to the asphalt mixture,analyzed the fiber-reinforced theory and its performance of asphalt mixture.Key words:fiber asphalt concrete;function;mechanism脆性破坏特征是水泥混凝土存在的问题之一。
近年来,纤维越来越多地用来改善混凝土的脆性从而提高其力学性能和抗渗性能。
而纤维沥青混凝土可以有效减缓裂缝发展速度,延长路面使用寿命,显著提高高温稳定性能,可用于桥面铺装、旧水泥混凝土路面罩面等。
1 国内外研究现状1960年加拿大多伦多大学的Davis N. M 发表了关于水泥混凝土路面沥青加铺层反射裂缝防治措施的文章,首次系统地研究了纤维作为添加材料改善沥青路面抗反射裂缝性能的问题。
1962年Tamburro D. A分析了石棉纤维对沥青路面性能的影响。
20世纪70年代法国也在路面材料中加入了石棉纤维,并增大了沥青用量,使较粗糙的路面结构具有较好的防水性能和耐疲劳强度。
在此基础上还开发了应力吸收薄膜夹层喷涂工艺,以35 ~ 45kg / m2的用量喷涂掺有纤维的沥青混合料,用以防止道路裂缝。
德国通过对沥青混合料掺加Dolanit AS的研究和观测表明,掺加Dolanit AS可以改善沥青混合料的高温稳定性、疲劳耐久性。
并且具有低温抗裂和防止反射裂缝的性能,提高了沥青混合料的路用性能。
正是由于具有以上优良品质,纤维也被用在机场路面、桥面铺装、收费站等铺面中。
美国、加拿大、德国等采用纤维混凝土修筑了大量高速公路及其他重交通公路。
日本最早在沼原水库使用石棉,以后在一些要求抗车辙、耐磨耗的路段上应用,并在1992 年12月新版的《沥青路面纲要》中列出了可用于沥青混合料增强纤维的品种有植物型纤维和耐高温的合成纤维,如聚乙烯醇、聚酯纤维等[1~2]。
我国从20世纪80年代初开始研究纤维沥青混凝土,同济大学、长安大学、长沙交通学院、合肥工业大学先后对纤维沥青混凝土的性能进行了大量研究,结果表明[6]:(1)纤维可延缓和减少反射裂缝,并具有加筋和防振的作用,同时也可使面层厚度减薄36%;(2)对掺有尼龙纤维(1.39%)的沥青混合料进行拉伸试验,混合料初裂强度和极限强度平均可升高61%和40%,疲劳强度可提高1.76 ~ 2.34倍;(3)在沥青混合料中掺加钢纤维可制成钢纤维沥青混合料路面板;(4)添加木质素纤维后,沥青混合料的高温稳定性得到改善,同时其低温稳定性、水稳定性、耐疲劳性和使用寿命也有较大幅度的提高。
关于纤维沥青混凝土的性能研究可归纳为两个主要方面:一方面为研究纤维沥青结合料的性能;另一方面是探讨纤维沥青混凝土路用性能的改善。
沥青混凝土是典型的粘弹性材料,其性能受到温度和时间的影响,尤其在高温条件下,其粘性表现得更为突出。
沥青路面的车辙或永久变形就是沥青混凝土粘性的直接体现。
对纤维沥青混凝土而言,纤维的掺入以及纤维掺量的变化将影响其粘弹性能[7]。
2 纤维增强沥青混合料性能的机理分析纤维在沥青混合料中增强机理的理论比较多,主要有结构层次理论、复合材料理论、界面理论和断裂力学理论等,但由于沥青的温度敏感性明显,使得沥青与纤维界面产生的粘结强度同纤维自身强度比是一个变化值,增强纤维的形状和尺寸具有差异性,如有的纤维粗细均匀性较差,纤维位置分布的不均匀性和方向分布的不均匀性,这种局部的不均匀往往对宏观强度产生很大影响,纤维位置分布的不均匀性和方向分布的不均匀性,这种局部的不均匀性往往对宏观强度产生很大影响,因此,这几种理论均难以用来分析纤维在混合料中的增强机理。
目前的实际情况表明,纤维的加入改善了沥青混合料的性能,提高了沥青路面的使用性能,分析其原因主要是沥青混凝土是一种靠沥青粘合在一起的散料组合体,很难承受拉应力,而在纤维沥青混凝土中,纤维的作用等同于钢筋混凝土中钢筋的作用,可增强承受拉应力,纤维通过与骨料的咬合作用,形成较大的摩擦角,同时加上沥青胶浆的粘聚作用,将基体的拉应力传递给纤维,并主要由纤维来承担,纤维在混合料中以三维分散存在,起到了加强筋的作用,增加了沥青与矿料的粘附性,提高了集料之间的粘结力。
因此,纤维沥青混凝土路面在国外已应用多年,在我国从20世纪90年代开始也逐步使用,随着研究的深入,其应用将越来越广泛[4]。
3 纤维在沥青混凝土路面中的作用3.1 加筋作用沥青混凝土是一种靠沥青粘合在一起的散料组合体,可以认为是不承受拉应力的。
而在纤维沥青混凝土中,纤维的作用等同于钢筋混凝土中钢筋的作用,可承受拉应力。
纤维通过与骨料的咬合作用(图1)[8],形成较大的摩擦角,同时加上沥青胶浆的粘聚作用,将基体的拉应力传递给纤维,并主要由纤维来承担。
纤维在混合料中以三维分散存在,起到了加强筋的作用,增加了沥青与矿料的粘附性,提高了集料之间的粘结力。
图1 纤维在沥青混凝土中示意图3.2 吸附和吸收沥青的作用沥青混合料中加入纤维稳定剂后,这些纤维能够充分吸附(表面)及吸收(内部)沥青,从而使沥青油膜用量增加,沥青油膜变厚,以加强沥青混凝土在大空隙情况下的粘结力,增强耐久性。
其主要用于低噪音、抗滑性能好的沥青碎石玛蹄脂类混合料。
3.3 稳定作用纤维使沥青膜处于比较稳定的状态,尤其是在夏天高温季节,沥青受热膨胀时,纤维内部的空隙将具有一定的缓冲作用,不至于使之成为自由沥青而泛油,同时可以改善沥青混合料高温稳定性。
3.4 增粘作用纤维可以提高沥青的粘结力,增加沥青与矿物的粘附性,通过油膜的粘结,提高集料之间的粘结力,从力学性能上看,表现为沥青混合料的马歇尔稳定度的提高。
3.5 阻裂作用近代胶浆理论认为沥青混凝土是以沥青为唯一连续相的多级空间网状结构的分散体系,因此沥青的破坏将意味着结构体系的破坏。
但在纤维增强沥青混凝土中,纤维网作为更强大的第二连续相在沥青破坏时仍能维持体系的整体性,将会在一定程度上阻止基体破坏的扩展。
3.6 增韧作用纤维能够增强对集料颗粒的握裹力,保证沥青路面的整体性而不易松散,提高了混合料的低温抗裂性,从而对沥青起到了增韧作用。
综上所述[3],纤维对提高沥青混凝土路面性能的作用主要体现在以下几个方面:(1)减少或延缓反射裂缝的出现;(2)提高路面抗车辙的能力;(3)提高沥青路面疲劳寿命;(4)提高沥青路面的高温稳定性;(5)增强沥青路面的低温抗裂能力;(6)减薄沥青路面的厚度;(7)在沥青浸渍之后还有防水作用,减少水损坏。
4 机理分析4.1 纤维的吸附作用机理纤维直径一般小于20µm,有相当大的比表面积,每克纤维的表面积可达数平方米以上。
纤维分散到沥青中,其巨大的表面积成为可使沥青浸润的界面,在此界面上纤维可以吸附大量的沥青,形成一个新的有一定厚度的相,称为界面层。
界面层的结构与性质取决于沥青与纤维两相的性质,界面层的作用是连接两相并传递、缓冲两相间的应力,是影响整个纤维沥青材料物理、力学性能的关键。
纤维与沥青之间的界面层是一个至少为几个分子层厚的区域,其性质取决于纤维的分子排列、化学性质以及沥青的分子结构和化学组成,故不同的纤维对应着不同性质的界面层。
沥青中酸性树脂组分是一种表面活性物质,它与纤维表面产生的吸附作用、物理浸润作用以及有时存在的化学键作用,使沥青呈单分子状排列在纤维表面,形成结合力牢固的“结构沥青”界面层,见图2[8]。
结构沥青比界面层以外的自由沥青粘性大,温度敏感性低,耐热性好。
同时,由于纤维直径纤细,纤维及其周围结构沥青一同裹覆于集料表面,使集料表面沥青膜厚度增大。
混合料中由于纤维加入,使沥青用量增加,从而导致沥青膜较常规密级配混合料增厚65%~113%。
较厚的沥青膜与其形成的较小的空隙,减慢了沥青老化速率,从而可使沥青较长时间地维持其粘弹性,降低了沥青的温度敏感性,改善了沥青混合料的高温和低温性能。
图2 纤维与沥青界面作用示意4.2 纤维的稳定作用机理短纤维在沥青基体内的分布是三向随机的。
由于截面纤细,使得纤维掺量不大的沥青基体内,短纤维数目却相当大,形成纵横交织的空间网络。
如纤维掺量为3.2%时(约占沥青混合料重0.2%,以下以0.2%表示该掺量),每1g沥青中约有5200根纤维[8]。
纵横交错的纤维形成的纤维骨架结构网以及“结构沥青”网,增大了结构沥青比例,减薄了自由沥青膜,使玛蹄脂粘性增大,软化点上升,温度稳定性大幅度提高。
同时纤维的“加劲”使沥青混合料可使用稠度较低的沥青,这样也有助于减少低温裂缝的出现。
美国铺筑的86个SMA路段检查结果表明,这些路段几乎没有裂缝发现,观察到的少量裂缝仅是反射裂缝,这与纤维改性的较高的沥青用量和稠度较低的沥青所组成的玛蹄脂性能密切相关。
4.3 纤维对裂纹扩展的阻滞作用机理纤维分散在沥青胶结料中,形成了一种以纤维为基质,沥青胶结料为基体的复合材料。
在荷载、温度等因素的影响下,路面沥青胶结料内会产生许多小裂纹,小裂纹如果继续扩展,对路面结构的强度和耐久是不利的。
由于复合在沥青基体内的短纤维的分布是三向随机的,且数目众多,故混合料中小裂纹周围甚至内部会有许多短纤维,不妨取短纤维与裂纹面垂直的模型,如图3所示[8]。
从分解后的模型示意可看出,受外力作用时,裂纹周围存在众多约束,对裂纹扩展起阻滞作用。
从复合的角度看,即纤维大分子的软链与沥青高分子产生交联、嵌段等作用,约束了沥青高分子的运动。
图3 纤维阻滞基本体裂纹扩展模型示意取裂纹扩展的应力强度园子K,有纤维分布对的应力强度因子为K*,则纤维阻滞裂纹扩展的效应为:纤维对沥青胶结料基体裂纹的阻滞作用,大大提高了沥青混合料裂纹的自愈能力,增强了弹性恢复,减少了路面裂缝的出现,从而推迟了沥青路面的老化与破坏。
法国在23号公路上做了3种不同改性剂的试验路段,7年的寒暑交替和荷载作用后,以细粒式沥青面层裂缝率为100%计:双层SBS改性路面结构裂缝率为50%~100%,而底层为纤维改性、面层为纤维与SBS综合改性的路段,裂缝率仅为5%[8]。