纤维沥青混凝土加筋稳定性能研究

论文摘要

随着我国经济的快速发展,交通荷载和交通量不断增大,对沥青路面提出了更高的要求。目前,纤维作为沥青混凝土加筋稳定剂广泛用于沥青混合料中,成为了增强沥青混凝土性能的新手段,但是由于工程人员对纤维沥青混凝土的认识仍然不够准确,对纤维添加剂的选择和使用缺乏指导和规范。本文旨在结合纤维沥青混合料的性能试验,依据线弹性断裂力学理论,为工程中纤维的选择提供了指导和原则。本文通过马歇尔试验、车辙试验、冻融劈裂试验、低温小梁弯曲试验、肯塔堡飞散试验、劈裂疲劳试验等试验方法,分别对不同掺量的聚酯纤维沥青混凝土、不同长度的聚酯纤维沥青混凝土、不同种类的纤维沥青混凝土进行了高温稳定性、水稳定性、低温抗裂性、疲劳等性能做了对比研究;从能量法角度引入了弯曲应变能密度临界值对纤维沥青混凝土的抗裂性能进行深入的分析;通过纤维沥青混凝土的各种性能对比对纤维进行了掺量和长度优化设计。研究发现,室内试验的拌和条件下,综合考虑纤维沥青混凝土的性能,本研究中采用的6mm聚酯纤维的最佳掺量在0.20%～0.25%为宜;在0.25%的掺量下,12mm的聚酯纤维沥青混凝土性能要优于6mm和19mm聚酯纤维;玄武岩纤维和掺量仅为0.045%的福塔纤维都表现出较好的性能;改善拌和条件提高纤维在沥青混凝土中的均匀性是提高纤维沥青混凝土性能的有效途径。二维宏微观结合模型的线弹性断裂力学分析表明,纤维能有效的Ⅰ型应力强度因子,提高沥青混凝土的抗裂能力;在工程中尽量选择表面粗糙、与沥青结合较好的纤维;同时,工程中选择较长的纤维是增强纤维沥青混凝土抗裂能力的有效的手段;改善拌和条件,提高纤维在沥青混凝土中的分布率、均匀性是提高纤维抗裂性能的另外途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究方案和技术路线
• 第2章 纤维沥青混凝土机理研究
• 2.1 复合材料理论
• 2.1.1 复合材料的弹性模量
• 2.1.2 复合材料的强度
• 2.1.3 复合材料的韧性、抗裂能力的细观力学行为
• 2.2 断裂力学
• 2.3 沥青混凝土柔性路面对纤维的技术要求
• 2.4 本章小结
• 第3章 试验材料及试验方案
• 3.1 试验材料
• 3.1.1 沥青
• 3.1.2 集料
• 3.1.3 混合料级配组成
• 3.1.4 纤维
• 3.2 试验方案及方法
• 3.2.1 纤维沥青混合料拌和温度
• 3.2.2 纤维沥青混合料拌和工艺
• 3.2.3 沥青混合料试验方案及方法
• 3.3 本章小结
• 第4章 聚酯纤维沥青混凝土性能研究
• 4.1 聚酯纤维掺量优化设计
• 4.1.1 方案设计
• 4.1.2 各纤维掺量下沥青混凝土的性能对比
• 4.1.3 纤维沥青混凝土性能汇总
• 4.1.4 小结
• 4.2 纤维长度优化设计
• 4.2.1 方案设计
• 4.2.2 各纤维长度下沥青混凝土的性能对比
• 4.2.3 基于纤维长度优化试验结果的进一步考虑
• 4.2.4 小结
• 4.3 本章小结
• 第5章 多种纤维沥青混凝土性能对比研究
• 5.1 掺不同纤维的沥青混凝土的高温性能
• 5.2 掺不同纤维的沥青混凝土的水稳定性
• 5.3 掺不同纤维的沥青混凝土的疲劳性能
• 5.4 本章小结
• 第6章 基于线弹性断裂力学的纤维抗裂性能的进一步讨论
• 6.1 计算理论依据
• 6.2 简化的二维宏微观结合模型
• 6.3 有限元建模
• 6.3.1 建立理想化模型
• 6.3.2 有限元划分网格
• 6.4 应力强度因子的影响性分析
• 6.4.1 纤维阻滞力对KI的影响
• 6.4.2 II区宽度对KI的影响
• 6.5 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 主要研究结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录A 本研究中各最佳沥青用量的确定
• A.1 6mm长不同纤维掺量的沥青混凝土最佳沥青用量
• A.2 0.25%掺量不同纤维长度沥青混凝土最佳沥青用量
• A.3 0.25%掺量不同纤维种类的沥青混凝土的最佳沥青用量
• 致谢
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果