纤维沥青应力吸收层组成材料及粘结性能实验研究

陈国强+姚吉虹

【摘要】对纤维沥青应力吸收层组成材料及粘结性能进行研究，通过正交设计法进行试验设计，采用剪切试验得到剪切强度和拉拔试验得到粘结强度两个指标来评价夹层材料粘结性能，分析纤维沥青应力吸收层达到最佳粘结性能时组成材料的最佳用量，通过极差分析，得到对粘结性能影响为：纤维长度影响最大，改性乳化沥青用量次之，纤维用量影响最小。

【关键词】纤维沥青;应力吸收层;组成材料;粘结性能

Fiber asphalt stress absorbing layer material on the composition and bonding properties

Chen Guo-qiang1，Yao Ji-hong2

（1.Pingdingshan Highway AdministrationPingdingshanHenan467000;

2.Pingdingshan Highway Administration Center LaboratoryPingdingshanHenan467000）

【Abstract】Fiber asphalt stress absorbing layers of material and bonding properties were studied by orthogonal experiment design method， using shear test shear strength and pull-out tests to get to get the two indicators to evaluate the bond strength adhesive interlayer material properties analysis of the best when the amount of fiber asphalt stress absorbing layer to achieve the best bonding properties of the constituent materials， through poor analysis， the impact on the bond performance is： the greatest impact on the fiber length， the amount of modified asphalt emulsion， followed by the amount of the impact of fiber Min.

【Key words】Fiber asphalt;Stress absorbing layer;The constituent materials;Bonding properties

1. 引言

（1）通过对纤维沥青应力吸收层在路面结构中关键功能的分析可知，应力吸收层是处在基层与下面层之间的功能层，为使其路用性能得到更好的发挥，纤维沥青应力吸收层应该能够改善基层与下面层之间的粘结状态，并且可以在一定程度上防止基层裂缝反射到面层，防止进入面层的水分冲刷基层[1]。

（2）由于纤维沥青应力吸收层较薄，层间易发生推移和拥包，层间的粘结性能显得尤为重要。本文采用斜剪试验和拉拔试验来研究纤维沥青应力吸收层组成材料的最佳用量，在室内通过现有的试验手段定量分析新旧沥青面层间强度特性，主要通过斜剪试验的剪切强度指标和拉拔试验的粘结强度指标来评价界面层间的粘结性能[2]。斜剪试验的目的是为了检验粘结层抵抗行车荷载在水平力作用下产生剪切应力的能力，拉拔实验是一种改进的间接拉伸法，其优点是能较好反映修补的真实情况，适合现场测试。如果新旧沥青面层间结结好，则两层沥青层间的剪切强度和粘结强度应较高，用试验测出具体的强度数据，则可以评价层间粘结效果的好坏。

2. 粘结性性能试验设计

采用正交试验法对纤维沥青应力吸收中间层组成材料改性乳化沥青用量、无碱玻璃纤维用量和长度进行优化设计，使其具

备最佳粘结性能。本文选取斜剪试验的剪切强度和拉拔试验的粘结强度作为评价指标。

2.1影响因素及因素水平选择。

本研究选取A（无碱玻璃纤维用量）、B（无碱玻璃纤维长度）、C（改性乳化沥青用量）为影响因素。针对各影响因素，相应选取不同的因素水平，无碱玻

璃纤维用量选取80g·m-2，120 g·m-2， 160 g·m-2， 200 g·m-2，无碱玻璃纤维长度选取0-2cm，2-4cm，4-6cm，6-8cm，改性乳化沥青的用量为0.4 Kg ·m-2，0.8 Kg·m-2，1.2 Kg·m-2，1.5 Kg·m-2，见下表1。

2.2正交表选取。

（1）纤维沥青应力吸收层由改性乳化沥青和无碱玻璃纤维组成，影响其粘结性能的主要因素是改性乳化沥青的用量、无碱玻璃纤维用量和无碱玻璃纤维长度，故本文选择这三个为因素[3]，各因素选择四个水平，通过16次试验来完成正交设计。由于剪切试验和拉拔试验都不是常规试验，每一组试验进行平行重复试验3次，本文暂不考虑误差因素。

（2）通过正交试验设计的基本方法，进行试验方案的表头设计和水平翻译，制得正交试验方案表（见表2所示），并按试验方案进行试验。在试验顺序的选择上，不拘泥于试验号的先后，以随机选择的方式决定试验顺序。

3. 试验过程

3.1试件成型。

纤维沥青应力吸收层是铺设在旧路面和沥青混凝土加铺层之间的一个薄层，为了模拟实际工程中应力吸收层结构的工作状态，试验采用“旧沥青路面AC-13+沥青纤维增强封层+ SMA-10薄层罩面”的结构。试件的成型过程主要有三步[4]：第一步：旧混凝土路面的模拟;第二步：加铺应力吸收层;第三步：加铺 SMA薄层罩面。为了模拟上图1的试验模型，必需先成型一个旧沥青混凝土面层，再涂抹沥青纤维增强封层，待其破乳后，最后加铺 SMA 薄层罩面，其具体过程如图 1。

（1）旧路面成型。

采用AC-13路面，配合比设计采用马歇尔试验方法，设计过程不再详述。级配范围如表3，马歇尔试验结果如表4，最佳沥青用量是4.5%，最佳沥青用量时性能试验结果如表5。

（2）纤维沥青应力吸收层的成型。

将制备好的旧沥青混凝土板放置至少12h 再脱模，称量好改性乳化沥青和纤维，然后用毛刷分层涂布在旧混凝土板上：一层乳化沥青一层纤维，第一层和最后一层必须是乳化沥青，具体涂布的层数根据纤维用量确定，最终目的是将乳化沥青和纤维撒布均匀，避免厚度存在较大的差异，其成型效果见图1第二步[5]。在施工时，可用专门洒布车喷洒乳化沥青的同时同步切割喷洒纤维。

（3）SMA-10薄层罩面成型。

待破乳后，再进行薄层罩面成型。其成型效果见图1第三步。为了使成型后的试件与试模齐平，以利于最后成型，将涂抹好中间层的旧混凝土板放入试模内，测量试件表面与试模齐平之间的高度，即为需要加铺的沥青混凝土厚度（大约 5cm）。试件用轮碾机成型，将试件养护 12h 后脱模，并标出轮碾方向，留待以后切割用 。

3.2斜剪试验。

将养护 48h 后的沥青混凝土车辙试件放到切割机上，迎着轮碾方向，按照试验所规定的尺寸进行试件的切割，剪切试验试件尺寸为：50 100 100（单位：mm），剪切试件的成型过程见下图2。剪切试验采用 45b斜剪，自制夹具，在数显路面强度材料仪上进行试验，将试件在要求温度下放置 2h，然后取出安放在夹具中，放入试验机，剪切速率为 50 mm/min，开动试验机开始试验与取出试件时的间隔不超过5s，记录试验过程中的最大压力[6]。试验温度控制在 25±2℃，作为标准试验温度。剪切试验的剪切过程见图3。

3.3拉拔试验。

拉拔试验直接在养护 48h 后的沥青混凝土车辙板上用钻芯机进行钻芯，钻芯机的钻孔内径为 10cm（拉头的直径为 10cm），钻芯时要钻至旧沥青路面面层部分但不钻穿。拉拔试验采用自制拉拔夹头，保持上面层清洁、干净和平整，用环氧树脂粘结胶将夹头粘在试件上，然后放置在温度为 30±2℃标准试验条件下不少于6h，取出用智能粘结强度仪进行拉拔试验，拉力垂直作用于试件上，控制拉拔速率为 2 mm/min，开动试验机开始试验与取出的时间间隔不超过 5s，开动试验机直至粘结破坏，注意必须是从夹层处破坏，若从夹头粘结处破坏，试验需重做[7]。记录粘结破坏时的最大荷载，试验过程见下图4。

3.4试验结果（纤维沥青正交试验结果见表6）。

根据选定的剪切强度和粘结强度两个指标，进行正交试验直观分析，结果见表7。

针对不同评价指标，各因素的极差值 r，即可确定各影响因素的主次关系如图5所示。

4. 结论

根据正交试验分析结果可以看出：

（1）通过正交试验中各因素的极差分析，得到各因素影响剪切强度的主次顺序为：B>C>A;影响粘结强度的主次顺序为：A>B>C。结合材料特性和现阶段国内外研究成果，各评价指标中，选择剪切强度作为第一评价指标，故综合对两个指标的影响程度，主次顺序为 B>C>A。即对于纤维沥青应力吸收中间层粘结性能影响中，纤维长度影响最大，改性乳化沥青用量次之，纤维用量影响最小。

（2）根据正交试验结果，对于剪切强度指标，纤维沥青应力吸收中间层的最佳方案为 A2B4C3，对于粘结强度指标，其最佳方案为 A3B4C3。综合考虑基于两个评价指标的最佳方案，及三个影响因素的主次顺序及影响程度，最终选择最佳方案为 A2B4C3，即纤维用量为 120g·m-2，纤维长度为 6-8cm，改性乳化沥青用量为 1.2Kg·m-2，即正交试验方案中第 8 组，最佳试验方案已包含在所作正交试验中 。

参考文献

[1]陈晓娟. 纤维沥青碎石封层适应性及阻裂效应研究[D].西安：长安大学，2010.

[2]张宗辉.纤维封层技术及在公路养护中的应用[J].工程机械与维修，2008（01）：11.

[3]王建国.法国纤维封层技术与应用[J].交通世界，2008（6）：17-167，1～7.

[4]闰修海，于金成，王建国等.纤维封层技术的引进与应用[J].北方交通，2008（08）：75～89，1～6.

[5]Aysar NAJD，郑传超，纤维加筋沥青混凝土断裂性能试验[J].长安大学学报，2005（5）28～32.

[6]陈华鑫， 张争奇， 胡长顺. 纤维沥青混合料的低温抗裂性能[J]. 华南理工大学学报，2004，（04）.

[7]申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究[R].2009.2.

（1）旧路面成型。

采用AC-13路面，配合比设计采用马歇尔试验方法，设计过程不再详述。级配范围如表3，马歇尔试验结果如表4，最佳沥青用量是4.5%，最佳沥青用量时性能试验结果如表5。

（2）纤维沥青应力吸收层的成型。

将制备好的旧沥青混凝土板放置至少12h 再脱模，称量好改性乳化沥青和纤维，然后用毛刷分层涂布在旧混凝土板上：一层乳化沥青一层纤维，第一层和最后一层必须是乳化沥青，具体涂布的层数根据纤维用量确定，最终目的是将乳化沥青和纤维撒布均匀，避免厚度存在较大的差异，其成型效果见图1第二步[5]。在施工时，可用专门洒布车喷洒乳化沥青的同时同步切割喷洒纤维。

（3）SMA-10薄层罩面成型。

待破乳后，再进行薄层罩面成型。其成型效果见图1第三步。为了使成型后的试件与试模齐平，以利于最后成型，将涂抹好中间层的旧混凝土板放入试模内，测量试件表面与试模齐平之间的高度，即为需要加铺的沥青混凝土厚度（大约 5cm）。试件用轮碾机成型，将试件养护 12h 后脱模，并标出轮碾方向，留待以后切割用 。

3.2斜剪试验。

将养护 48h 后的沥青混凝土车辙试件放到切割机上，迎着轮碾方向，按照试验所规定的尺寸进行试件的切割，剪切试验试件尺寸为：50 100 100（单位：mm），剪切试件的成型过程见下图2。剪切试验采用 45b斜剪，自制夹具，在数显路面强度材料仪上进行试验，将试件在要求温度下放置 2h，然后取出安放在夹具中，放入试验机，剪切速率为 50 mm/min，开动试验机开始试验与取出试件时的间隔不超过5s，记录试验过程中的最大压力[6]。试验温度控制在 25±2℃，作为标准试验温度。剪切试验的剪切过程见图3。

3.3拉拔试验。

拉拔试验直接在养护 48h 后的沥青混凝土车辙板上用钻芯机进行钻芯，钻芯机的钻孔内径为 10cm（拉头的直径为 10cm），钻芯时要钻至旧沥青路面面层部分但不钻穿。拉拔试验采用自制拉拔夹头，保持上面层清洁、干净和平整，用环氧树脂粘结胶将夹头粘在试件上，然后放置在温度为 30±2℃标准试验条件下不少于6h，取出用智能粘结强度仪进行拉拔试验，拉力垂直作用于试件上，控制拉拔速率为 2 mm/min，开动试验机开始试验与取出的时间间隔不超过 5s，开动试验机直至粘结破坏，注意必须是从夹层处破坏，若从夹头粘结处破坏，试验需重做[7]。记录粘结破坏时的最大荷载，试验过程见下图4。

3.4试验结果（纤维沥青正交试验结果见表6）。

根据选定的剪切强度和粘结强度两个指标，进行正交试验直观分析，结果见表7。

针对不同评价指标，各因素的极差值 r，即可确定各影响因素的主次关系如图5所示。

4. 结论

根据正交试验分析结果可以看出：

（1）通过正交试验中各因素的极差分析，得到各因素影响剪切强度的主次顺序为：B>C>A;影响粘结强度的主次顺序为：A>B>C。结合材料特性和现阶段国内外研究成果，各评价指标中，选择剪切强度作为第一评价指标，故综合对两个指标的影响程度，主次顺序为 B>C>A。即对于纤维沥青应力吸收中间层粘结性能影响中，纤维长度影响最大，改性乳化沥青用量次之，纤维用量影响最小。

（2）根据正交试验结果，对于剪切强度指标，纤维沥青应力吸收中间层的最佳方案为 A2B4C3，对于粘结强度指标，其最佳方案为 A3B4C3。综合考虑基于两个评价指标的最佳方案，及三个影响因素的主次顺序及影响程度，最终选择最佳方案为 A2B4C3，即纤维用量为 120g·m-2，纤维长度为 6-8cm，改性乳化沥青用量为 1.2Kg·m-2，即正交试验方案中第 8 组，最佳试验方案已包含在所作正交试验中 。

参考文献

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[4]闰修海，于金成，王建国等.纤维封层技术的引进与应用[J].北方交通，2008（08）：75～89，1～6.

[5]Aysar NAJD，郑传超，纤维加筋沥青混凝土断裂性能试验[J].长安大学学报，2005（5）28～32.

[6]陈华鑫， 张争奇， 胡长顺. 纤维沥青混合料的低温抗裂性能[J]. 华南理工大学学报，2004，（04）.

[7]申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究[R].2009.2.

（1）旧路面成型。

采用AC-13路面，配合比设计采用马歇尔试验方法，设计过程不再详述。级配范围如表3，马歇尔试验结果如表4，最佳沥青用量是4.5%，最佳沥青用量时性能试验结果如表5。

（2）纤维沥青应力吸收层的成型。

将制备好的旧沥青混凝土板放置至少12h 再脱模，称量好改性乳化沥青和纤维，然后用毛刷分层涂布在旧混凝土板上：一层乳化沥青一层纤维，第一层和最后一层必须是乳化沥青，具体涂布的层数根据纤维用量确定，最终目的是将乳化沥青和纤维撒布均匀，避免厚度存在较大的差异，其成型效果见图1第二步[5]。在施工时，可用专门洒布车喷洒乳化沥青的同时同步切割喷洒纤维。

（3）SMA-10薄层罩面成型。

待破乳后，再进行薄层罩面成型。其成型效果见图1第三步。为了使成型后的试件与试模齐平，以利于最后成型，将涂抹好中间层的旧混凝土板放入试模内，测量试件表面与试模齐平之间的高度，即为需要加铺的沥青混凝土厚度（大约 5cm）。试件用轮碾机成型，将试件养护 12h 后脱模，并标出轮碾方向，留待以后切割用 。

3.2斜剪试验。

将养护 48h 后的沥青混凝土车辙试件放到切割机上，迎着轮碾方向，按照试验所规定的尺寸进行试件的切割，剪切试验试件尺寸为：50 100 100（单位：mm），剪切试件的成型过程见下图2。剪切试验采用 45b斜剪，自制夹具，在数显路面强度材料仪上进行试验，将试件在要求温度下放置 2h，然后取出安放在夹具中，放入试验机，剪切速率为 50 mm/min，开动试验机开始试验与取出试件时的间隔不超过5s，记录试验过程中的最大压力[6]。试验温度控制在 25±2℃，作为标准试验温度。剪切试验的剪切过程见图3。

3.3拉拔试验。

拉拔试验直接在养护 48h 后的沥青混凝土车辙板上用钻芯机进行钻芯，钻芯机的钻孔内径为 10cm（拉头的直径为 10cm），钻芯时要钻至旧沥青路面面层部分但不钻穿。拉拔试验采用自制拉拔夹头，保持上面层清洁、干净和平整，用环氧树脂粘结胶将夹头粘在试件上，然后放置在温度为 30±2℃标准试验条件下不少于6h，取出用智能粘结强度仪进行拉拔试验，拉力垂直作用于试件上，控制拉拔速率为 2 mm/min，开动试验机开始试验与取出的时间间隔不超过 5s，开动试验机直至粘结破坏，注意必须是从夹层处破坏，若从夹头粘结处破坏，试验需重做[7]。记录粘结破坏时的最大荷载，试验过程见下图4。

3.4试验结果（纤维沥青正交试验结果见表6）。

根据选定的剪切强度和粘结强度两个指标，进行正交试验直观分析，结果见表7。

针对不同评价指标，各因素的极差值 r，即可确定各影响因素的主次关系如图5所示。

4. 结论

根据正交试验分析结果可以看出：

（1）通过正交试验中各因素的极差分析，得到各因素影响剪切强度的主次顺序为：B>C>A;影响粘结强度的主次顺序为：A>B>C。结合材料特性和现阶段国内外研究成果，各评价指标中，选择剪切强度作为第一评价指标，故综合对两个指标的影响程度，主次顺序为 B>C>A。即对于纤维沥青应力吸收中间层粘结性能影响中，纤维长度影响最大，改性乳化沥青用量次之，纤维用量影响最小。

（2）根据正交试验结果，对于剪切强度指标，纤维沥青应力吸收中间层的最佳方案为 A2B4C3，对于粘结强度指标，其最佳方案为 A3B4C3。综合考虑基于两个评价指标的最佳方案，及三个影响因素的主次顺序及影响程度，最终选择最佳方案为 A2B4C3，即纤维用量为 120g·m-2，纤维长度为 6-8cm，改性乳化沥青用量为 1.2Kg·m-2，即正交试验方案中第 8 组，最佳试验方案已包含在所作正交试验中 。

参考文献

[1]陈晓娟. 纤维沥青碎石封层适应性及阻裂效应研究[D].西安：长安大学，2010.

[2]张宗辉.纤维封层技术及在公路养护中的应用[J].工程机械与维修，2008（01）：11.

[3]王建国.法国纤维封层技术与应用[J].交通世界，2008（6）：17-167，1～7.

[4]闰修海，于金成，王建国等.纤维封层技术的引进与应用[J].北方交通，2008（08）：75～89，1～6.

[5]Aysar NAJD，郑传超，纤维加筋沥青混凝土断裂性能试验[J].长安大学学报，2005（5）28～32.

[6]陈华鑫， 张争奇， 胡长顺. 纤维沥青混合料的低温抗裂性能[J]. 华南理工大学学报，2004，（04）.

[7]申爱琴等.沥青路面层间处置新材料及施工关键技术研究[R].2009.2.