新型纤维增强沥青路面的研究 .docxVIP

工程建筑学相关资料ENGINEERING ARCHITECTURE RELATED INFORMATION 工程建筑学相关资料 ENGINEERING ARCHITECTURE RELATED INFORMATION PAGE PAGE 1 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）］/3ap2＝［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＝(5－4v0)/[8（1－v0）]，s2323＝(3－4v0)/[8（1－v0）]s2233＝S3322＝(4v0－1)/[8（1－V0）]，s2323＝(3－4V0)/[8（1－v0）]s1122＝s1133＝0，s1212＝s1313＝1/4 （5）a1＝6（k1－k0）（μ1－μ0）（s2222＋s2233－1）－2（k0μ1－k1μ0）＋6k1（μ－μ0）a2＝6（k1－k0）（μ1－μ0）s1133＋2（k0μ1－k1μ0）a3＝－6（k1－k0）（μ1－μ0）s3311－2（k0μ1－k1μ0）a4＝6（k1－k0）（μ1－μ0）（s1111－1）＋2（k0μ1－k1μ0）＋6μ1（k1－k0）a5＝1/［s3322－s3333＋1－μ1/（μ1－μ0）］a＝6（k1－k0）（μ1－μ0）［2S1133s3311－1）（s3322＋s3333－1）］＋2（k0μ1－k1μ0）［2S1133＋s3311）＋s1111－s3322－s3333）］－6k1（μ1－μ0）（s3333－1）－6μ1（k1－k0）（s2222＋s3322－1）－6k1μ1 （6）材料参数见表2，根据以上公式得到含纤维沥青混凝土的劲度模量随温度和纤维含量的变化如图1。1．2　劈裂试验沥青混合料的劈裂试验（T0716—93）是对规定尺寸的圆柱体试件，通