新型纤维增强沥青路面的研究(1)论文

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翻新时间：2013-12-18

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新型纤维增强沥青路面的研究(1)论文

论文摘要：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。论文关键词：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 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）