钢纤维沥青混凝土路用性能的试验研究.pdf

第 3 3卷第 6期 2 0 1 2年 1 2月 华北水利水电学院学报 J o u r n a l o f No a h C h i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d Hy d r o e l e c t r i c P o w e r Vo L 3 3 No 6 De c 2 Ol 2 文章编 号 ： 1 0 0 2 5 6 3 4 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 9 8 0 8 钢纤维沥青混凝土路用性能的试验研究 汤寄予，高丹盈， 赵 军 ( 郑州大学 土木工程学 院， 河南 郑州 4 5 0 0 0 1 ) 摘要 ： 在不 同的钢纤维 掺量下 ， 对密级配沥青混凝 土的高温稳定性 、 低温抗裂性 、 水稳定性 开展 了系列试验 研究 ， 结合试验结果分析 了钢纤维改善沥青混凝 土各项路 用性能 的工作机理 ， 首次从材 料组成决 定性能 的角 度阐明了钢纤维掺量和沥青含量的交互作 用对各 路用性 能指标 的影响 规律 ， 分别建立 了考 虑钢纤维 和沥青 含量综合影响的动稳定度预估模型、 考虑温度及钢纤维影响的弯拉强度预估模型以及考虑钢纤维和相应沥 青增 加量综合影响的冻融劈裂抗拉强度 比经验模型 研究 结果 可为相关 研究 和工程应 用提供有益的借鉴 关键词 ： 钢纤维 ； 沥青混凝土 ； 动稳定度 ； 弯 曲强度 ； 冻融劈 裂抗拉强 度比 目前 ， 纤维已成为混凝土的主要改性材料 在水 泥混凝土中添加纤维可提高建筑构件及其结构在峰 值荷载时的应变和能量吸收能力 ， 并显著提高混凝 土破坏时的抗弯强度 、 抗 冲击强度 、 抗拉强度 、 破坏 延性和弯曲韧性 纤维对沥青混凝土也具有显著 改性效果 ， 尤其是 在连续 密级 配沥 青混 凝土 ( A s p h a h C o n c r e t e ， A C ) 和沥青马蹄脂碎石混合料( S t o n e Ma s t i c A s p h a l t ， S MA) 中使用纤维 ， 可以克服混合料 在运输和施工过程中沥青的老化劣化 ， 并 提高沥青 的稳定性 纤维可改变沥青混合料的黏弹性能 ， 提高沥青混合料的动弹模量、 抗水敏感性 ， 提高流变 性能和抗 车辙能 力 ， 减 少沥青 路 面反射 裂缝 的数 量 在 纤 维 水 泥 混 凝 土 中 ， 以钢 纤 维 的应 用 最 为广泛 在过去几十年 ， 由于钢纤维混凝土的优异性 能， 使用范围不断扩大 不仅用于常规 的工业和民用 建筑 ， 还广泛用 于其 他领域 ， 如 机场跑道 和公 路路 面 、 抗 震 和耐 冲击 的结 构 、 隧道 、 桥 梁 、 水 工 建 筑 物等 他 在道路工程中， 尽管多种类 型的纤维已用于热 拌沥青混合料 中， 但关 于钢纤维在柔性沥青路面 中 研究和应用的报道较少 这与人们对钢纤维的认 识有关 ， 有人认为钢纤维沥青混凝土路 面在使用后 期可能产生“ 凸尖现象 ” ， 对轮胎 的磨损不利 ， 再加 上人们对钢纤维与沥青 的粘附力产生疑 问， 使钢纤 维在沥青混凝土路面中的推广应用受到很大限制 但科研人员并没有放弃钢纤维对沥青混凝土改性效 果的探究 2 0 0 5年 ， 我 国学者朱建 民和马敬坤首先 报道了历经 1 0 a之久完成的钢纤维在 沥青混凝土 路面面层中的应用研究结果 此后 ， 国内外科研 人员开展的相关工作进一步证明了钢纤维对沥青混 凝土路用性能的有益效果 ， 一定程度上也回 答 了人们对钢纤维使用效果存在的质疑 但 目前关 于钢纤维改性沥青混凝土的研究成果仍十分有 限， 所得结果相对分散 基 于此 ， 笔者进一步对钢纤维沥青混凝土各项 路用性能开展了系统研究 ， 尤其注重钢纤维掺量和 沥青增量交互作用产生的综合影响 所得系列结果 可为相关研究和工程应用提供借鉴 1 试验 1 1 原 材料 所用原材料包括粗集料 、 细集料 、 填料 、 沥青和 钢 纤维 沥青为重交 A H一 7 0沥青， 其 2 5针入度 P： 收稿 日期 ： 2 0 1 20 91 6 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 1 7 8 4 3 4 ) 作者简介： 汤寄予( 1 9 7 4 ) ， 男 ， 河南淮阳人， 高级工程师 ， 博士研究生， 主要从事复合沥青混合料高性能化设计方面的研究 高丹盈 ( 1 9 6 2 一) ， 男 ， 河南三 门峡人 ， 教授 ， 博导 ， 博 士 ， 主要从事新型复合材料结构理论及其应用方 面的研究 第 3 3卷第 6期 汤寄予 ， 等 ： 钢纤维 沥青 混凝 土路 用性能的试验研究 6 5 m m， 延度 D u c1 0 0 C lT I ， 软化 点 S P=4 7( 环 球法 ) ， 密度 D e n=1 0 5 5 g c m 粗集料为多孔玄武岩 ， 细集料和矿粉为石灰岩 为避免级配偏离对试验结果带来的不利影 响 ， 试验 前将粗、 细集料筛分成具有单一粒径的集料 ， 便于对 级配进行精确控制 粒径在 1 1 8 mm以上的为多孔 玄武岩， 1 1 8 m m以下的为石灰岩 ， 填料为磨细石灰 石粉 各粒径矿料的实测密度见表 1 表 1 各粒径矿料的 实测密度 g e m 钢纤维长 1 2 5 mm， 等效直径 0 3 2 m m， 长径比 为 3 9， 抗拉强度大于 3 8 0 MP a 1 2配合 比设 计 1 2 1 矿料 级 配 矿料级配选用 公路沥青路 面施 工技术规范 ( J T G F 4 0 -2 0 0 4 ) 规定的密级 配沥青混凝土混合料 A C一1 3级配范围中值 ， 各筛孔通过率见表 2 实际 应用时按级配要求将各粒径矿料进行组配 表 2通过各筛孔的质量百分 比 筛 1 mm 通过率 筛 ：L m m 通过率 1 6 0 0 1 O 0 O 1 1 8 2 6 5 1 3 2 O 9 5 0 O 60 1 9 0 9 5 0 7 6 5 O 3 O 1 3 5 4 7 5 5 3 0 0 1 5 1 0 0 2 3 6 3 7 0 0 07 5 6 0 1 2 2油 石 比 采用传统的马歇尔试验方法 首先确定 出普通 密级配沥青混凝土 A C一1 3的最佳油石 然后以 A C 一 1 3的最佳油石 比为基础 ， 确定 出掺入 1 ， 2 ， 3 的钢纤维后最佳油石 比的范围 仍采用马歇尔方 法确定 不 同钢 纤 维掺 量 的 沥青 混 凝 土 的最 佳 油 石 比 按照马歇尔试验方法确定油石 比时 ， 首先以经 验预估的油石 比为基准 ， 再 以 0 5 的间隔上下 变 化沥青用量制备马歇尔试件 ， 试件数量不少于 5组 不同油石比 P 对应的毛体积密度 、 稳定度 s 、 流 值 凡 、 空隙率 、 矿 料间 隙率 V M A和沥青饱和度 V F A见 表 3 表 3 A C 沥青 混凝土马歇尔试验结果 对改性沥青及 S MA等难 以分散的混 合料 ， 按 公路沥青路 面施工技术规范( J T G F 4 0 -2 0 0 4 ) 计 算得： 合成矿料的毛体积相对密度 。 = 2 6 7 4 g c m ， 表 观相 对 密 度 7 =2 8 7 6 g c m ， 吸水 率 W = 2 6 0 2 ， 沥青 吸收系数 C=0 3 9 3 ， 有 效相对密 度 。 =2 7 5 5 g c m 由 马歇 尔试 验 结 果 绘制 油 石 比与各 物 理 、 力 学 指标的关系曲线如图 1 所示 基 舢 韶 靛 巨 j 磐 42 41 40 3 9 3 8 3 7 3 6 5 Z 驻 褂 遴 屋 亲 图 1油 石 比 与 各 指 标 的 关 系 由图 1 可 知 ： a1=7 3 0 ，a 2=7 3 0 ， a 3=6 6 5 ，a 4=6 55 ， OAC i =6 3 0 ，OAC 。 =7 0 5 ， O A C l =( a l +a 2 +a 3 +a 4 ) 4= 6 9 5 ， O A C 2 =( O A i +O A C ) 2= 6 6 8 ， O A C=( O A C 1 +O A C 2 ) 2= 6 8 1 1 O 0 华北水利水 电学 院学报 2 0 1 2年 1 2月 因此 ， 可确定普通 密级配沥青混凝土 A C一1 3 的最佳油石 比为 P = 6 8 1 按 同样 的方法 ， 可确定钢纤维掺量为 0 ， 1 ， 2 ， 3 的密级配沥青混凝土的最佳油石 比分别为 6 8 1 ， 6 8 8 ， 7 3 7 ， 7 6 0 1 3试验 方 法 这里主要对不 同钢纤维掺量的密级配沥青混凝 土的高温稳定性、 低温抗裂性和水稳定性进行评价 ， 分别采用我国 公路工程沥青及沥青混合料试验规 程 ( J T J 0 5 2 -2 0 0 0 ) 规定 的车辙试验 、 小梁弯 曲试 验和冻融劈裂试验方法进行 2 结果与分析 2 1 钢 纤 维对 高温 性能 的影 响 不 同类 型 和掺量 的纤 维沥 青混 凝 土车辙试 验 结 果见 表 4 表 4车辙试验 结果 注 ： 符 号 AC， 1 S C， 2 S C， 3 S C分 别 代 表 钢 纤 维 掺 量 为 0 ， 1 ， 2 ， 3 时 的密级配沥青混凝 土 钢纤维掺量与沥青混凝土动稳定度的对应关系 如 图2所示 由图 2可知 ， 钢纤维的加入对沥青混凝 土的动稳定度有一定影响 钢纤维掺量在 1 一3 范 围内时 ， 均能提高沥青混凝土的动稳定度 ， 只是提 高 幅度不同； 随着钢纤维掺量的增大 ， 动稳定度 出现 先升高后降低的趋势 ：_ l l _ l o l 2 3 钢纤 维掺量 图 2钢纤维掺量对动稳定度的影响 当钢纤维掺量为 1 时沥青混凝土动稳定度提 高了 3 7 2 ； 当掺量增加至 2 时动稳定度提高 了 9 1 ； 掺量为 3 时动稳定度提高 了 1 0 4 照此 分析 ， 钢纤维掺量越高 ， 对沥青混凝土的高温稳定性 越不利 这是 由于纤维沥青混凝土是一种组成结构 极为复杂的黏弹性 复合材料 ， 其高温稳定性取决于 多种因素 ， 除受纤维掺量的影响外 ， 还受沥青 的性质 和含量 、 矿料 的特性 ( 岩石种类 、 级配组 成、 颗粒形 状 、 表面粗糙度等 ) 、 沥青与矿料 的交互作 用、 矿料 比表面、 压实沥青混凝土的结构特性等因素的影响 在本文试验条件下 ， 沥青和矿料性质一定 ， 两者间的 交互作用也一定 ， 由于压实沥青混凝土 的设计空隙 率也接近 ， 因此 ， 决定钢纤维沥青混凝土高温性能的 关键 因素 是钢 纤维 掺量 和沥青 含量 当沥青混凝土中的沥青含量较少时， 沥青不足 以完全敷裹矿料颗粒表面 ， 矿料颗粒间缺乏足够的 黏聚力 ， 沥青混凝土整体强度较低 随着沥青用量增 加 ， 沥青逐渐 敷裹矿料表面 ， 使得结构沥青 用量增 加 ， 矿料间的黏结力增强 ， 沥青混凝土整 体强度提 高 ， 直到整个矿料表面被 “ 结构沥青” 所敷 裹 当沥 青用量进一步增加 ， 此时过多 的沥青形成 “自由沥 青”， 这部分沥青在矿料 间主要起润滑作用 ， 并将矿 料“ 推开”， 从而使沥青混合 料的整体 强度下降 另 外， “ 结构沥青 的存在对矿料起到约束作用 ， 使得 矿料间的内摩阻力增大， 当沥青用量太多时 ， “自由 沥青” 的润滑作用反而使矿 料间容易相互滑移 ， 内 摩阻力下降 纤维添加到沥青混凝 土中时可认为一 种特殊 的集料 ， 其能改善沥青混凝 土高温稳定性的 原理在于一定类型的纤维具有特定的体积特征和表 面纹理构造 ， 从而一定程度上扩大了矿料 比表面积 ， 对沥青具有一定 的吸附和稳定作用 ， 提高 了沥青混 凝土中“ 结构沥青” 的 比例 另外 ， 乱 向随机分 布于 矿料颗粒间的纤维形成的空间网络结构对矿料颗粒 间的相对位置关系具有加强作用 ， 限制 了矿料颗粒 相对滑移 纤维的这两方面 的作用有利 于提高沥青 混凝 土 的高温 稳定 性 ， 但 还受 制于 沥青 含量 的影 响 过少 的沥 青含 量增 加不 了“ 结 构 沥青 ”， 也形 不 成 稳 固的空间纤维 网络结构 ； 过多的沥青含量又增加 了 “自由沥青 ” ， 也使 空间纤维 网络结构遭到破 坏 因 此 ， 纤维掺入基体沥青混凝土后 ， 纤维的掺量必须和 沥青增加量相匹配， 否则 ， 起不到应有的增强和稳定 沥青的效果 由于单根钢纤维相对于其它类型的纤维具有更 大的体积， 单位体积沥青混凝土混合料中掺入 的钢 纤维根数就较少 ， 而相对于其它类型的纤维， 钢纤维 表面又不很粗糙 ， 纹理也不太丰富 ， 因此增加的比表 面积相对不大 ， 对沥青的吸附稳定作用也相对有 限 对于钢纤维掺量为 2 和 3 的沥青混凝土， 实 O O O O O 0 O 如 加 如 _【 目叫 日 华北水利水 电学 院学报 2 0 1 2年 1 2月 从 3 0降低到 l 0过程 中， 弯曲强度又急剧升高 ， 到达第 2个变曲点 1 0后， 弯 曲强度随温度的降低 又缓慢降低 因此 ， 根据弯 曲强 度随温度 的变化 特 征 ， 可分为 3个区域 ：1 0 以下为低温 区域 ， 1 0 3 0为常温区域 ， 3 0 以上为高温区域 可把强度 一 温度曲线上强度峰值点对应的温度认为是沥青混 合料的脆化点 脆化点是区分破坏类型的一个特征 点 ， 也是判断沥青混合料低温破坏特性的一个重要 指标 较高的脆化点表 明沥青混合料在相同的应变 速 度下 能更 早地 进 入 脆性 破 坏 区域 ， 更 容 易发 生低 温断裂 而在脆化点以上的温度 区域 ， 沥青混合料已 具有粘性弹性特性 ， 温度升高可加 剧沥青 内部大分 子热运动 ， 周期性的热运动增加了相邻大分子间的 距离， 则保持 大分子相互靠近 的分子问力削弱 因 此， 分开大分子和破坏沥青混合料所需的外力随温度 升高而减小 但在脆化点以上的温度区域可不必担心 沥青混合料会因抗弯拉强度不足而产生破坏 ， 即使沥 青路面会产生疲劳开裂或极少情况下产生温度开裂 ， 也会应沥青本身较大的变形能力而避免裂缝产生 ， 即 使产生开裂也会因沥青 自身的自愈能力使裂缝得以 修复 因此， 研究脆化点以下低温区域 的抗弯拉强度 才更具有实际意义 矗 醴 钟 图 5 温度对 弯曲强度的影响 2 2 2钢纤维对弯拉强度的影响 不同钢纤维掺量的沥青混凝土在不同温度下的 弯曲破坏强度对 比如图 6所示 从整体来看， 无论是 作为对 比的普通沥青混凝 土， 还是不 同钢纤维掺量 的沥青混凝土 ， 其弯 曲破坏强度均随温度的降低呈 现大致相 同的趋势 3 0 6 O c I = 温度范围内， 弯曲破 坏强度随温度的降低有小 幅提高 ； 1 03 0温度范 围内， 弯曲破坏强度随温度的降低有大幅的提高 ， 但 过了 1 0的脆化点温度以后 ， 弯曲破坏强度又随温 度的降低而显著下降 ， 这一变化趋势 由沥青基体本 身的温度依赖性决定 同时， 在相 同温度条件下 ， 加 入钢纤维后沥青混凝土的抗弯拉强度相 比于普通沥 青混 凝土 均有 不 同程 度 的 提 高 ， 而且 抗 弯拉 强 度 的 提高幅度也随钢纤维掺量的提高呈增长的趋势 这 表明钢纤维对沥青混凝土的弯拉强度具有显著增强 效果 这是由于钢纤维加入后 ， 三维随机分布于沥青 混凝土基体中数量较多的钢纤维能形成空间网络结 构 ， 这种 由纤维和沥青胶浆形成 的网络结构提高 了 对集料颗粒的环箍力 ， 增加 了沥青与矿料之 间的黏 结强度 ， 并能有效限制集料颗粒的空间滑移 在荷载 作用下 ， 网络结构能阻止裂缝的形成 ， 通过微筋作用 有效传递应力 ； 微裂缝形成后 ， 桥架于裂缝间的钢纤 维仍能继续承担荷载 ； 钢纤维掺量越高 ， 空间网络结 构越牢固， 加筋增强效果越好 同时 ， 钢纤维是一种 高弹性模量纤维， 具有类似骨料的作用 ， 不但能传递 荷载， 还能直接承担荷载 ， 因此掺入钢纤维可使沥青 混凝土基体的弯拉强度得到明显提高 硝 慧 朴 图 6不同钢 纤维掺量对弯曲强度的影响 在脆化点以下温度条件时(一 4 00) ， 不同 掺量的钢纤维对沥青混凝土弯曲破坏强度提高幅度 及 3种钢纤维掺量对弯曲强度增强幅度均值随温度 的变化规律如图7所示 莲 粤 磐 黑 一 一 -1 S C； E 一 3 S C 图 7不 I司温 度 下 钢 纤 维 对 弯 曲 强度 增 幅 的影 响 理论上讲 ， 由于钢纤维和沥青的物理性质不同， 尤其在温度收缩系数上差异较大 ， 通常钢纤维 的温 缩系数 比沥青 的要小 ， 这样随着温度的降低 ， 沥青胶 浆基体对钢纤维的环箍力增大， 使钢纤维 一沥青胶 浆的界面黏结力更高 ， 在外力作用下裂缝形成后 ， 钢 第 3 3卷第 6期 汤寄予 ， 等 ： 钢纤维 沥青混凝土路用性能 的试验研究 1 0 3 纤维的脱黏 、 拔出及拉断就需要增加更多的外力 从 而 ， 钢纤维对沥青混凝土弯 曲破坏强度的提高幅度 应随温度 的降低而提高 但从试验结果来看 ， 并未 出 现这种现象 3种掺量钢纤维对 弯曲强度增幅均值 虽呈现一定的波动 (一 2 0出现峰值现象) ， 但峰值 前后弯曲强度增大幅值几乎相等 因此 ， 温度对钢纤 维 的增强效果无 明显影响 可以认为 ， 在低于脆化点 温度条件下 ， 不同掺量 的钢纤维对弯拉强度的提高 幅度趋于稳定 ， 且钢纤维对弯 曲抗拉强度提高幅度 随钢纤维掺量增大而增大 在缺乏试验数据的条件下 ， 为便于实际工程应 用参考 ， 通过对试验结果的统计分析， 在本试验的温 度条件和钢纤维掺量 范围内， 建立考虑温度条件及 钢纤维影响的沥青混凝土的弯拉强度预估模型 在温度为 一 4 00， 钢纤维掺量为 O 3 时， 钢纤维沥青混凝土的弯曲强度模型为 R B s F：0 0 7 9 2 T+0 7 2 2 p s F+9 7 7 3 ，( R =0 9 6 ) ( 3 ) 式中： T为试验温度 ， 一 4 0 T 0 o C； p 为钢纤 维的掺量 ， 1 p 3 2 3 钢 纤维对 水 稳定性 的 影 响 不 同钢纤维掺量的沥青混凝土冻融劈裂试验结 果 见表 6 表 6冻 融劈 裂试 验结果 冻融劈裂试验是评价沥青混合料水稳定性最严 苛的方法 ， 要求试件要遭受冻融循环 的环境模拟过 程 ， 致使有时设计的沥青混合料 即使能满足规范规 定的浸水 马歇尔试验指标的要求 ， 却满足不了冻融 劈裂抗拉强度 比的要求 由表 6可知 ， 无论是普通的 密级配沥青混凝土 A C一1 3 ， 还是掺人不同掺量钢纤 维的密级配沥青混凝 土 ， 冻融劈裂强度 比均高于规 范规定的要求值( 7 5 ) 沥青 路 面产生 水损 害 破坏 的原 因是 水分 穿 过包 裹在集料周围的沥青膜上的裂缝进入沥青膜和集料 的界面之间和集料 内部 ， 一般情况下 ， 由于水分与集 料间的表面张力大于沥青与集料间的表 面张力 ， 黏 附于集料表面的沥青膜会逐渐被水分所 置换 ， 导致 沥青膜从集 料表面脱 落， 造成集 料颗粒 的松散 、 掉 粒 ， 进而形成较大的坑槽等现象 沥青膜上裂缝的形 成主要有两个原因 ： 一是施工过程 中集料表面未完 全被沥青结合料包裹形成 的原生缺 陷， 二是低温或 反复的温度升降循环使沥青混凝土内部产生的温度 缩裂裂缝 产生第一种裂缝的概率相对较小 ， 多数裂 缝 由温度循环产生 而温度裂缝的大小 和数量与沥 青的品质和沥青膜厚度密切相关 温度敏感性大的 沥青产生温度裂缝的概率也越大 ， 沥青膜厚度越小 产生裂缝 的概率也越大 本研究 中集料均为多孔玄 武岩碎石 ， 这种集料表面有丰富的表面纹理构造 和 较多的开 口孔隙 ， 从而集料的比表面积就很大， 用这 种集料配制的沥青混凝土就需要较 高的沥青用量 普通 密级 配 沥 青混 凝 土 A C一1 3的 油石 比高 达 6 8 1 ， 远高于用其他类型集料配制 的沥青 昆凝土 的沥青用量 因此 ， 形成的集料周围沥青膜的厚度也 越大 ， 抗水损害能力就越强 同时 ， 该种玄武岩集料 属于碱性集料 ， 呈碱性 的集料与沥青 中具有表面活 性的酸性树脂 组分产生较强 的物理 和化学吸 附作 用 ， 以及形成结合力很强的化学键作用 ， 从而使沥青 膜能牢固地黏附在粒料表面而不 剥落 由试验结果 可见 ， 由于钢纤维掺量越高 ， 沥青混凝土的油石比也 越高 ， 冻融劈裂抗拉强度 比与油石 比显示 了较好的 正 线性 相关 性 ， 如 图 8所示 丑 骥 蔷 R 蓬 图 8油石 比增量对冻 融劈裂抗拉 强度 比的影响 前面提到 ， 沥青 混凝土 中掺 入的钢纤维可被 当 作一种特殊的集料 钢纤维表面也具有一定 的纹理 构造， 能形成一定 的比表面积 ， 具有一定的吸附和稳 定沥青的能力 ， 使裹覆矿料 的沥青膜厚度增厚 ， 更不 易被水浸蚀渗透 ， 由钢纤维和沥青胶浆形成的空间 网络结构裹覆在矿料周 围， 使矿料 间形成了更加稳 固密实的整体 ， 能承受更大的冻胀外力作用 同等条 件下 ， 如本文中沥青混凝 土试件和钢纤维沥青混凝 土试件在相 同的空隙率条件下经受冻融循环作用， 承受空隙中因水 的冻融循环产生的相 同冻胀压力 ， 但钢纤维沥青混凝土显示更高的冻融劈拉强度和冻 融劈裂抗拉强度 比 由试验结果还可看出， 随着钢纤 维掺量的提高， 沥青混凝土的冻融劈裂抗拉强度 比 华北水利水 电学 院学报 2 0 1 2年 1 2月 也呈 良好的线性提高趋势 ， 如图 9所示 憩 鞲 赫 瑶 图 9 钢纤维掺量对冻融劈裂抗拉强度 比的影响 由以上分析可见 ， 在影响沥青混凝土水稳定性 方面 ， 沥青用量和钢纤维掺量是两个重要因素 ， 二者 与沥青混凝土的冻融劈裂抗拉强度 比均呈 良好的线 性 关 系 由于钢纤 维 掺 量 与 相应 油 石 比 的增加 量 之 间存在一最佳 比值 ， 不妨将钢纤维掺量和相应油石 比增加量作为一个统一的影响沥青混凝土水稳定性 的综 合 参数 ， 定义 为钢 纤 维沥 青 胶浆 增 量 ， 计作 A P 图 1 0反映了钢纤维沥青胶浆增量对沥青混 凝土冻融劈裂抗拉强度 比的影响 显然 ， 冻融劈裂抗 拉强度比 T S R随钢纤维沥青胶浆增量 P 的提高 也 呈线性 增 长 越 想 擐 jR 蔼 图 1 0钢 纤 维 和 沥 青 胶 浆增 量 对 冻 融劈 裂 抗 拉 强度 比 的影 响 因此 ， 在文中试验 的条件下 ， 可建立考虑钢纤维 及相应沥青增加量影响的密级配沥青混凝土冻融劈 裂抗拉强度 比的经验模型为 T S R s F=0 7 A P s F A+T S R A c ， ( R =0 8 8 ) ( 4 ) 式 中： T S R 为钢纤维沥青混凝土的冻融劈裂抗拉强 度 比； T S R 为普通密级配沥青混凝土的冻融劈裂抗 拉强度比； A P n为钢纤维和沥青胶浆增量 3 结语 通过对不同钢纤维掺量的密级配沥青混凝土高 温稳定性 、 低温抗裂性和水稳定性 能的系列试验研 究 ， 可得 到 以下结论 1 ) 钢纤维对沥青混凝土高温稳定性 的改善效 果还受其他因素的制约， 尤其受沥青含量的制约。 纤 维 的掺量 必须 和沥 青 增加 量 相 匹配 ， 否 则 起 不 到应 有的增强和稳定沥青 的效果 2 ) 在进行纤维沥青混凝土的配合 比设计 时， 必 须找准最佳沥青用量 3 ) 由试验结果可建立考虑钢纤维和沥青 含量 综合影响的动稳定度预估模型 4 ) 根据弯曲强度 一温度变化曲线 ， 可划分密级 配沥青 混凝 土 的破 坏特 征 区域 5 ) 弯曲强度 一温度 曲线 上强度 峰值 点对应 的 温 度可认 为是沥 青 混凝 土 的脆 化 点 温度 研 究 脆 化 点以下低温区域的抗弯拉强度具有更实际的意义 6 ) 随着钢纤维掺量的提高 ， 抗弯拉强度的提 高 幅度 也呈 增长 的趋 势 7 ) 温度对钢纤维的增强效果无 明显影响 低于 脆化点以下温度 ， 不同掺量 的钢纤维对弯拉强度的 提高 幅度 趋于 稳定 8 ) 在本试验的温度条件和钢纤维掺量范围内， 可建立考虑温度及钢纤维影响的沥青混凝土的弯拉 强 度预估 模 型 9 ) 玄武岩碎石配制 的各种钢纤维掺量 的密级 配沥青混凝土冻融劈裂强度 比均高于规范规定值 1 0 ) 冻融劈裂抗拉强度比与油石 比和钢纤维掺 量均显示了较好的正线性相关性 1 1 ) 冻融劈裂抗拉强度 比随钢纤维沥青胶 浆增 量 的提高也呈线性增长 ， 据此可建立考虑钢纤 维及 相应沥青增加量影响的密级配沥青混凝土冻融劈裂 抗拉 强度 比的经验模 型 一 一 一 一 一一 一 重 一 献 一 一 一 一一一 文 一 一 一一一 一 一一 一 一 一 一一 一 一一 一 参 一 一 一 一 一一 一 一 参 一 一一 一 一 一一 一 一 一 一一 第 3 3卷第 6期 汤 寄予 ， 等 ： 钢纤维沥青混凝土路用性能 的试验研究 1 0 5 p r o p e r t i e s o f a s p h a l t mi x t u r e s J J o u r n a l o f Wu h a n U n i - v e r s i t y o f T e c h n o l o g y - M a t e r S c i E d ， 2 0 0 7 ， 2 2( 4) ： 7 3 3 7 36 6 P u t ma n B J ， A m i r k h a n i a n S N U t i l i z a t i o n o f w a s t e fi b e r s i n s t o n e m a t r i x a s p h a l t m i x t u r e s ， r e s o u r c e s J R e s o u r c e s ， Co ns e r v a t i o n a n d Re c yc l i ng， 2 00 4， 4 2： 2 6527 4 7 Mc D a n i e l R S A s p h a l t a d d i t i v e s t o c o n t r o l r u t t i n g a n d c r a c k i n g D I n d i a n a ： P u r d u e U n i v e r s i t y ， 2 0 0 1 8 C h e n H， L i N， Hu C， e t a 1 Me c h a n i c a l p e rf o r ma n c e o f fi - b e r s r e i n f o r c e d a s p h a l t mi x t u r e J J o u r n a l o f C h a n g a n U n i v e r s i t y ： N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n ， 2 0 0 4 ， 2 4 ( 2 ) ： 1 5 9 T a p k l n S T h e e f f e c t o f p o l y p r o p y l e n e fi b e r s o n a s p h a l t p e r f o r m a n c e J B u i l d i n g a n d E n v i r o n m e n t ， 2 0 0 8 ， 4 3 ( 6 ) ： 1 06 51 0 71 1 0 Ma u r e r D A， Ma l a s h e s k i e G J F i e l d p e rf o r m a n c e o f f a b r i c s a n d fi b e r s t o r e t a r d r e fl e c t i v e c r a c k i n g J G e o t e x t i l e s a n d G e o m e m b r a n e s ， 1 9 8 9 ， 8 ( 3 ) ： 2 3 92 6 7 1 1 C h e n H， X u Q i n w u ， C h e n S ， e t a 1 E v a l u a t i o n a n d d e s i g n o f fi b e r r e i n f o r c e d a s p h a l t m i x t u r e s J Ma t e r i a l s a n d D e s i g n， 20 0 9， 30： 25 952 60 3 1 2 G a n e s a n N， S e k a r T P e r me a b i l i t y o f s t e e l f i b r e r e i n f o r c e d h i g h p e rf o r ma n c e c o n c r e t e c o m p o s i t e s J J o u r n a l o f t h e I n s t i t u t i o n o f E n g i n e e r s ( I n d i a ) ， 2 0 0 5 ， 8 6 ： 81 1 1 3 S e r c a n S e r i n ， N i h a t Mo r o v a ， Me h me t S a l t a n ， e t a 1 I n v e s t i - ga t i o n o f us a b i l i t y o f s t e e l fib e r s i n a s p h a l t c o nc r e t e mi x t u r e s J C o n s t ruc t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 2 ， 3 6 ： 2 382 4 4 1 4 朱建 民 ， 马敬 坤 钢纤 维 沥青 混凝 土面层 的应 用研 究 J 公路交通技术， 2 0 0 5 ( 6 ) ： 1 9 2 1 1 5 余芳， 杨锡武， 仲玉侠 钢纤维沥青混合料的性能试验 研究 J 重庆交通学院学报， 2 0 0 6 ， 2 5 ( 5 ) ： 6 3 6 7 1 6 杨锡武 钢纤维沥青混合料路面性能及应用研究 J 重庆建筑大学学报 ， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 4 ) ： 1 3 61 4 0 1 7 魏建军 纤维 改 性 沥青 混 合料 老 化后 性 能试 验 研究 J 新 型建筑材 料 ， 2 0 1 1 ( 8 ) ： 5 8 6 6 Ex pe r i m e nt a l St ud y on Ro a d Pe r f o r man c e o f S t e e l Fi b e r Re i n f o r c e d As pha l t Co nc r e t e T ANG J i - y u，G AO Da n y i n g ，Z HAO J u n ( S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g ，Z h e n g z h o u U n i v e r s i t y ，Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n t h i s pa pe r ，a s e r i e s o f t e s t s o n hi g h t e mpe r a t u r e s t a b i l i t y，l o w t e mp e r a t u r e c r a c k r e s i s t a n c e a nd wa t e r s t a bi l i t y p r o pe rti e s o f d e n s e g r a d i n g a s ph a l t c o nc r e t e a t di f f e r e n t s t e e l fibe r c o n t e n t we r e c a r r i e d o u t Ac c o r d i ng t o t h e t e s t r e s u l t s，wo r ki n g me c ha n i s m o f t he s t e e l fibe r i mp r o v i ng r o a d p e rfo r ma n c e o f a s p ha l t c o n c r e t e wa s a n a l yz e dI n f l u e n c e l a ws o f i n t e r a c t i o ns b e t we e n s t e e l fib e r s a nd a s ph a h c o n t e nt o