瀝青混合料性能使用環(huán)境路面損害的基本關(guān)系

瀝青混合料性能使用環(huán)境路面損害的基本關(guān)系第1頁/共120頁交通部公路司：攻克我國瀝青路面早期損害頑癥

China:ToCuretheStubbornDiseaseofPavementPrematureDestruction

?早期破壞的三個(gè)主要特點(diǎn)：

CharacteristicsofPrematureDestruction:

損壞時(shí)間早，損壞面積寬，損壞程度重。?早期破壞的三種主要形式：

PatternsForPrematureDestruction:

路面變形，路面裂縫，早期水損害。第2頁/共120頁第3頁/共120頁第4頁/共120頁

路面服務(wù)性能的要求

——路面的主要破壞方式美國提出路面服務(wù)性能指標(biāo)PSI（PavementServiceabilityIndex）：路面平整度(Flatness):

路面坑剿，松散，唧漿，推移及擁包，橋面伸縮縫路面裂縫(Cracking):

溫度應(yīng)力裂紋，反射裂紋車轍變形(Rutting):第5頁/共120頁瀝青路面早期損壞原因分類

ClassificationforFactorsCausingPrematureDestruction外因

(ExternalFactors)——

工作環(huán)境

WorkingEnvironment內(nèi)因(InternalFactors)——瀝青混合料性能

AsphaltMixProperties

生產(chǎn)與施工質(zhì)量

Production&PavingQuality

第6頁/共120頁外因:

工作環(huán)境與路面服務(wù)性能

ExternalCauses:WorkingEnvironment載荷環(huán)境(Loading):

車流量，載重。行車載荷作用：剪切力；沖擊載荷作用:沖擊應(yīng)力；往復(fù)載荷作用:“加工硬化”—機(jī)械疲勞

氣候環(huán)境(Weather):

高溫，低溫，氣溫變化，雨水。氣溫：路面材料性能變化，溫度應(yīng)力，溫度裂紋，溫度疲勞，高溫變形；雨水：早期水破壞

地理環(huán)境(Geological):

橋梁，坡道，隧道………

第7頁/共120頁第8頁/共120頁瀝青混合料的構(gòu)成

CompositionofAsphaltMixture材料組成=多相復(fù)合材料(Multi-PhaseComposite)

1）基體=瀝青；分散相=集料+礦粉+纖維

2）分解：瀝青混合料=瀝青膠泥+集料+空隙瀝青膠泥=瀝青+礦粉+纖維力學(xué)行為=基體力學(xué)行為+分散相力學(xué)行為

MechanicBehavior=CombinationofMatrix&Constituent’sMechanicBehavior

1）基體力學(xué)行為=混合料的宏觀力學(xué)行為基礎(chǔ)

2）分散相力學(xué)行為=混合料的細(xì)觀力學(xué)行為第9頁/共120頁

瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

I—瀝青的基本材料性質(zhì)組成(Composition):

瀝青精(Asphaltene)—

強(qiáng)度和彈性(脆性Brittle)

樹脂(Resins)

—

粘聚芳香(Aromatics)

—

粘聚飽和族(Saturate)—

韌性（柔性Flexibility）老化(Aging):

飽和族—芳香—樹脂—瀝青精第10頁/共120頁

瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

II—彈性體，粘性體，粘彈性體彈性體—

虎克定律:

σ=Gγ

粘性體—

牛頓定律：

σ=ηγ'

粘彈性體—

彈性(粘性）-粘彈性對應(yīng)CP法則

(CorrespondancePrinciple)

σ=G*（ω,t）γ

σ=η*（ω,t）γ'

第11頁/共120頁

瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

III—瀝青粘彈性體的“剪切變稀”現(xiàn)象

瀝青粘度—剪切應(yīng)變速率的函數(shù)—“剪切變稀”現(xiàn)象

Viscosity–FunctionofShearStrainRate–“ShearDilution”PhenomenonCross模型:

(ηo–η)/(η-η∞)=(Kγ')m

“冪律模型”

—

中等剪切速率：

η=K2γ'n-1

Sisko模型—

高剪切速率：

η=η∞+K2γ'n-1

第12頁/共120頁瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

III—瀝青粘彈性體的“剪切變稀”現(xiàn)象

第13頁/共120頁瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

III—瀝青粘彈性體的“剪切變稀”現(xiàn)象

第14頁/共120頁瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

III—瀝青粘彈性體的“剪切變稀”現(xiàn)象

第15頁/共120頁

瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

III—剪切法向應(yīng)力與“瀝青爬桿遷移”現(xiàn)象

對于粘彈性體，剪切應(yīng)力可以產(chǎn)生法向應(yīng)力:

N1=σxx–σyy=Aγ'2+O(γ'4)

N2=σyy

–σzz=Bγ'2+O(γ'4)

在一定剪切速率范圍內(nèi)，第一法向應(yīng)力具有冪律行為：

N1=Aγ'm

法向應(yīng)力—

“瀝青爬桿遷移”（Weissenberg效應(yīng)）

—

改變?yōu)r青的原始分布狀況—

路面離析第16頁/共120頁瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

IV—“剪切法向應(yīng)力”與“瀝青爬桿遷移”現(xiàn)象

第17頁/共120頁瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

V—拉伸應(yīng)力應(yīng)變：屈服行為與“應(yīng)變軟化”

第18頁/共120頁瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

VI—

粘彈性變形的基本力學(xué)模型

第19頁/共120頁瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

VI—

粘彈性變形的基本力學(xué)模型

第20頁/共120頁瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

VI—

粘彈性變形的基本力學(xué)模型

開爾芬模型:

σ(t)=Gγ+ηγ'

γ(t)=(σo/G){1-exp(-t/λ)}應(yīng)變增長推遲麥克斯韋模型：σ+λσ'=ηγ'

σ(t）=σo{1-exp(-t/λ)}

應(yīng)力增長推遲

σ(t）=σoexp(-t/λ)

應(yīng)力松弛伯格斯（Burges）模型：

特征時(shí)間：λ=η/G

第21頁/共120頁瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

VII—

蠕變與蠕變疲勞(CreepandFatigue)

第22頁/共120頁

瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

VII—

蠕變與蠕變疲勞

蠕變與應(yīng)力的關(guān)系:

ε'=Aσn

蠕變破壞強(qiáng)度σe

與蠕變變形強(qiáng)度σr的定義：蠕變與溫度的關(guān)系:ε'=dε/dt=Aoσne-k/T

蠕變疲勞：Df=AfσaftR

第23頁/共120頁瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

VIII—

振蕩剪切動態(tài)力學(xué)分析(OscillatingDynamicAnalysis)

第24頁/共120頁瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

VIII—

振蕩剪切動態(tài)力學(xué)分析(OscillatingDynamicAnalysis)?應(yīng)力分析：

σ(t)=[ηωγo/(1+ω2λ2)](ωλcosωt-sinωt)

σ(t)=G'γ+G''γ'

式中G'(ω)=ηω2λ/(1+ω2λ2)=Gω2λ2/(1+ω2λ2)—

動態(tài)剛度（儲存模量）

G''(ω)=ηω/(1+ω2λ2)

—

剪切損耗模量?CP法則：σ(t)=G*γ(t)

G*(ω)=iω∫o∞φ(ξ)exp(-iωξ)dξ

G*(ω)=G'(ω)+iG''(ω)

——

復(fù)數(shù)剪切模量

tanδ=G'

'(ω)/G'(ω)

——

動態(tài)損耗角因子第25頁/共120頁瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

VIII—

振蕩剪切動態(tài)力學(xué)分析(OscillatingDynamicAnalysis)

第26頁/共120頁瀝青的粘彈性力學(xué)與材料學(xué)基本原理

ViscoelasticMechanicsandMaterialScienceForAsphaltMixture

IX—

描述瀝青力學(xué)行為的基本材料參數(shù)

低溫瀝青—

準(zhǔn)彈性體

材料參數(shù)：模量（勁度）G，屈服強(qiáng)度σc，韌性εc

材料破壞方式：低溫蠕變脆性開裂

高溫瀝青—

粘彈性體

材料參數(shù)：模量（勁度）G，粘度η，相位角δ

?判斷抗粘彈性變形能力綜合材料參數(shù)：復(fù)數(shù)剪切模量G*

?

判斷蠕變永久變形能力綜合材料參數(shù)：蠕變變形強(qiáng)度σr

材料破壞方式：高溫蠕變變形+蠕變疲勞開裂第27頁/共120頁路面損害形式I.—車轍變形

PatternsForPavementPrematureDestructionI.—Rutting

第28頁/共120頁

路面損害形式I.—車轍變形

PatternsForPavementPrematureDestructionI.—Rutting粘彈性變形力學(xué)模型（麥克斯韋模型）

γ(to+Δt）=σ(to+Δt）/G2*=(σo/G2*)[1-exp(-to/λ)]exp(-Δt/λ)

影響因素討論：

?載荷環(huán)境：載荷σo；行車速度（載荷作用時(shí)間to）車流量（載荷間隙時(shí)間Δt）

?溫度環(huán)境：松弛復(fù)數(shù)剪切模量G2*，特征時(shí)間λ=η/G

?材料性能：松弛復(fù)數(shù)剪切模量G2*，特征時(shí)間λ=η/G第29頁/共120頁路面損害形式I.—車轍變形

PatternsForPavementPrematureDestructionI.—Rutting

技術(shù)解決方案(TechnicalSolutions)

?SMA等嵌擠結(jié)構(gòu)級配(Stone-to-StoneContact)?瀝青改性(AsphaltModification)?摻加纖維(FiberReinforcement)

第30頁/共120頁

懸浮結(jié)構(gòu)與嵌擠結(jié)構(gòu)級配第31頁/共120頁密級配的粗集料骨架第32頁/共120頁嵌擠結(jié)構(gòu)(SMA)的粗集料骨架“StoneonStone”Contact第33頁/共120頁WISCONSIN1991

CourtesyofJohnBukowski第34頁/共120頁路面損害形式II.—路面裂紋

PatternsForPavementPrematureDestructionII.—Cracking

路面溫度應(yīng)力裂紋的形成過程

第35頁/共120頁路面損害形式II.—路面裂紋

PatternsForPavementPrematureDestructionII.—Cracking

路面反射裂縫的形成過程第36頁/共120頁路面損害形式II.—路面裂紋

PatternsForPavementPrematureDestructionII.—Cracking

低溫壽命估算與技術(shù)解決方案

低溫蠕變脆性開裂壽命估算

TR=[A（1+m）σom]-1

技術(shù)解決方案：

?

摻加纖維—

提高混合料強(qiáng)度與韌性?設(shè)置路基應(yīng)力層—

釋放應(yīng)力第37頁/共120頁路面損害形式II.—路面裂紋

PatternsForPavementPrematureDestructionII.—Cracking

路面反射裂縫的技術(shù)解決方案第38頁/共120頁路面損害形式III.—早期水破壞

PatternsForPavementPrematureDestructionIII.—WaterDamaging

“瀝青爬桿遷移”與早期水損害的關(guān)系機(jī)理:

?

瀝青—

粘彈性體—

剪切應(yīng)力作用下產(chǎn)生法向應(yīng)力

?集料—

彈性體—

不產(chǎn)生法向應(yīng)力

?瀝青與集料的相對運(yùn)動—

瀝青遷移—

路面離析?基層空隙增大且連通—

負(fù)壓

—

吸水技術(shù)解決方案：

?摻加纖維—

增大瀝青遷移的內(nèi)磨擦阻力第39頁/共120頁路面損害形式III.—早期水破壞

PatternsForPavementPrematureDestructionIII.—WaterDamaging

“水動力作用”與早期水損害的關(guān)系機(jī)理:

?

空隙水分—

車輛載荷—

水動力作用

?瀝青粘度增大

—

變脆—

開裂

?裂紋

—

滲水微通道—

水損害

技術(shù)解決方案：

?摻加纖維—

提高抗裂能力第40頁/共120頁路面損害形式III.—早期水破壞

PatternsForPavementPrematureDestructionIII.—WaterDamaging

“不均勻收縮微裂紋”與早期水損害的關(guān)系第41頁/共120頁路面損害形式III.—早期水破壞

PatternsForPavementPrematureDestructionIII.—WaterDamaging

“混合料離析”與早期水損害的關(guān)系第42頁/共120頁CoarseGradationsConventionalGradationsEqualAirVolumes(%VTM)-

FinerGradationSmallerSizedVoids(Lesschanceforinter-connectedvoids)-

CoarserGradationLargerSizedVoids(morechanceforinter-connectedvoids)相同空隙率下嵌擠結(jié)構(gòu)混合料更容易形成相互連接的空隙第43頁/共120頁

內(nèi)因：瀝青性能先天不足造成路面早期破損1.瀝青高溫軟化(粘度下降)+載荷+高溫

=車轍變形

2.瀝青低溫脆化（韌性與屈服強(qiáng)度太低+老化）

=

路面裂紋3.粘彈性遷移+脆性+雨水=早期水損害

第44頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

改性瀝青—

“合金化”原理—

局限性?關(guān)于加入量：1）受瀝青溶解度的嚴(yán)格限制

2）受拌合施工的限制?關(guān)于效果：

1）增大粘度：ηG=ηm{1+CoK(T)Mα(T)}

增粘因子隨溫度升高而急劇降低

2）提高強(qiáng)度：作用有限

3）提高韌性：非常困難（甚至起負(fù)面作用）

4）老化：改性劑同樣老化疲勞第45頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

I.增加粘度——

愛因斯坦粘度原理?“瀝青+纖維”的粘度：

ηC=ηm(1+KEVf)

?愛因斯坦粘度原理的重要意義：

1）與纖維加入量成線性正比；

2）纖維需與瀝青很好粘合及合適的長徑比；

3）木質(zhì)素纖維“吸油”的謬論；

4）“增粘因子”與溫度無關(guān)。第46頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

I.增加粘度——

愛因斯坦粘度原理第47頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

I.增加粘度——

中空管不利于抗車轍變形能力A.車轍變形速率:礦物纖維比木纖約降低50%第48頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

I.增加粘度——

中空管不利于抗車轍變形能力

B.動穩(wěn)定度:礦物纖維比木纖約提高40-60%第49頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

I.

增加粘度——

愛因斯坦粘度原理第50頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

I.增加粘度——

愛因斯坦粘度原理第51頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

II.

增加彈性模量——

復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理“瀝青+纖維”的模量（勁度Stiffness）：

G=Gm（1-Vf

）+GfVf1）與纖維加入量成線性正比關(guān)系；

2）與纖維彈性模量成線性正比關(guān)系。第52頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

II.

增加彈性模量——

復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

彈性模量(kg/cm2)

25℃

40℃

AC20

8119

3085

AC20+0.4%礦物纖維

9979

4506

AC20+SBS改性劑+0.4%礦物纖維

15430

5568

第53頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

III.

增強(qiáng)作用——

復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

“瀝青+纖維”的強(qiáng)度（Strength):

σcu=σfuVfCo/K+σ'mu(1-Vf)1）與纖維強(qiáng)度成線性正比關(guān)系；

2）與纖維強(qiáng)度成線性正比關(guān)系；

3）關(guān)于聚脂等有機(jī)類纖維—為何不適合瀝青？第54頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

III.

增強(qiáng)作用——

復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

福倍安道路專用礦物纖維在AC-13型級配中的試驗(yàn)結(jié)果第55頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

IV.

增韌作用——

復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

“瀝青+纖維”的韌性（Toughness)：

1）殘余應(yīng)變引起的裂紋尖端應(yīng)力集中因子降低量：

?K≈-0.48GVfγiiH1/2/(1-υ)2）顯微裂紋的“增韌”效果：?K1≈-0.40GθTH1/2

3）顯微裂紋導(dǎo)致材料軟化產(chǎn)生的增韌效果：?K2/K≈1.42N

“增韌”效果：與纖維加入量線性成正比關(guān)系第56頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

IV.

增強(qiáng)增韌作用——

復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理第57頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

IV.增強(qiáng)增韌作用——

復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

福倍安礦物纖維在瀝青中的分布—瀝青膜電子顯微鏡照片第58頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

IV.

長效增韌——

提高瀝青混合料抗老化性能

纖維可減輕老化約20%-40%，改性瀝青約減輕0-20%。

第59頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

V.

提高疲勞壽命

——

力學(xué)損傷原理

“瀝青+纖維”的疲勞壽命（FatigueLife)：

Nf=A{σcu/[σmax(1-R)]}m

R=σmin/σmax

由于纖維的大幅增強(qiáng)作用（σcu），瀝青路面疲勞壽命將得到更大的提高。第60頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理

ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

VI.纖維應(yīng)具備的基本條件

——復(fù)合材料力學(xué)原理

1）優(yōu)秀的力學(xué)性能（強(qiáng)度和模量）

2）與瀝青有很好的表面親和力

3）耐高溫性能

4）很好的分散性

5）優(yōu)秀的耐化學(xué)腐蝕性

6）優(yōu)良的抗老化性能

7）防水浸蝕且不吸水

第61頁/共120頁“瀝青+纖維”的粘彈性力學(xué)與復(fù)合材料細(xì)觀力學(xué)原理ViscoelasticMechanicsandCompositeMicro-MechanicsForFiber-Reinforcement

VI.纖維應(yīng)具備的基本條件

——

美國福倍安道路專用礦物纖維Mineral400:1第62頁/共120頁福倍安道路專用礦物纖維--優(yōu)異的材料性能優(yōu)異的力學(xué)性能：

抗拉強(qiáng)度大約是鋼纖維的3倍，是有機(jī)類纖維（如聚合物，植物纖維）的6-10倍。彈性模量高，是有機(jī)類纖維的3倍以上。

表面浸潤性好：

與瀝青能很好地粘合，分散性好。既可確保對瀝青的加筋加強(qiáng)作用，也可作為瀝青的載體增大瀝青用量，防止瀝青流失。工作溫度范圍大：

熔點(diǎn)1500攝氏度，工作溫度-260至700攝氏度。不受瀝青混合料高溫拌合（180攝氏度）影響，可滿足瀝青路面的各種低溫工作條件。第63頁/共120頁福倍安道路專用礦物纖維--優(yōu)異的材料性能化學(xué)穩(wěn)定性好：拌合時(shí)不與瀝青產(chǎn)生任何化學(xué)反應(yīng)，適應(yīng)瀝青路面的各種酸堿工作環(huán)境。抗老化性能好：不老化，不變質(zhì)退化。水穩(wěn)定性好：不吸水，不怕潮。易于運(yùn)輸儲存，也有助于抑制瀝青氧化老化。

絕熱性能好：有助于瀝青油膜的高溫穩(wěn)定性。電絕緣性能好：可防止瀝青膜的電化學(xué)腐蝕。環(huán)保性好:瀝青混合料可100%再生利用。第64頁/共120頁福倍安礦物纖維成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)被美國最早修建的SMA瀝青路面采用(1991年):被美國99%的OGFC路面采用;被美國40多個(gè)州廣泛采用;喬治亞州曾于1994年規(guī)定:所有州際公路一律采用;

對喬治亞州的交通事業(yè)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)：喬治亞州已經(jīng)連續(xù)多年被美國聯(lián)邦公路總署（FHWA）評為建有全美最佳州際公路的州，在21133英里的州際公路中只有42英里即0.2%的路況不好。第65頁/共120頁KeepFibersDry!第66頁/共120頁FiberHopper~Loose第67頁/共120頁第68頁/共120頁MonitorLooseFiberIntroduction第69頁/共120頁第70頁/共120頁

謝謝大家!

ThankYouAll.

推薦一本書：

《瀝青混合料粘彈性

力學(xué)與材料學(xué)原理》

劉立新著

人民交通出版社

2006年1月發(fā)行

第71頁/共120頁為何有機(jī)類纖維不適合作為路用纖維?木質(zhì)素纖維（用于SMA）：

1.纖維強(qiáng)度太低：起不到加強(qiáng)作用；

2.與瀝青產(chǎn)生高溫溶解或分解反應(yīng)：纖維自身性能被破壞;

瀝青將變得更脆;3.纖維吸水：

降低瀝青—集料界面結(jié)合力，易造成剝離；

4.無法再生利用

5.浪費(fèi)瀝青第72頁/共120頁為何有機(jī)類纖維不適合作為路用纖維?聚脂類纖維(AC,橋面,坡道等)1.纖維強(qiáng)度不高:難以起到加強(qiáng)作用;2.與瀝青產(chǎn)生高溫溶解或分解反應(yīng)纖維自身性能被破壞;

瀝青將變得更脆;3.低溫脆化

4.與瀝青的表面親和力不強(qiáng)

5.無法再生利用第73頁/共120頁

為什么福倍安礦物纖維是最理想的選擇?

福倍安道路專用礦物纖維是美國福倍安公司(FiberandCorporation)為瀝青路面應(yīng)用而開發(fā)的專利產(chǎn)品。它以特選的玄武巖為原料，經(jīng)過特定的預(yù)處理后，在1600℃高溫熔融提煉抽絲制成。第74頁/共120頁福倍安道路專用礦物纖維AsphaltStabilizerAsphaltReinforcement第75頁/共120頁美國最大的纖維供應(yīng)商LargestSupplierofFiberinUSA第76頁/共120頁三.福倍安礦物纖維對瀝青混合料性能的巨大改善福倍安礦物纖維對各種瀝青混合料均具有顯著的作用：高溫性能(抗車轍變形能力):提高約35%-40%；低溫性能(抗裂能力):提高約60%-70%;疲勞耐久性:提高100%以上;水穩(wěn)定性：可避免早期水破壞的形成。第77頁/共120頁3.1.

福倍安礦物纖維

—在SMA與OGFC中的應(yīng)用

第78頁/共120頁SMA混合料的構(gòu)成70% #713% #8910% #8107% Min.FillerExampleCoarseAggregateFineAggregateMineralFiller+AC+Fiber第79頁/共120頁1.有效防止瀝青流失：礦物纖維可有效防止瀝青流失第80頁/共120頁2．提高瀝青混合料抗老化性能

纖維可減輕老化約20%-40%，改性瀝青約減輕0-20%。

第81頁/共120頁3.提高抗拉性能及低溫抗裂能力A.提高瀝青混合料抗拉強(qiáng)度：比加木纖約高25%第82頁/共120頁3.提高抗拉性能及低溫抗裂能力B.提高瀝青混合料韌性：

比加木纖約高30%;

注意:加纖維的SMA比不加纖維的AC的韌性仍低約30%?？梢韵胂?，不加纖維的嵌擠結(jié)構(gòu)混合料（如AK，AM）多么脆弱！第83頁/共120頁3.提高抗拉性能及低溫抗裂能力C.提高凍融劈裂殘余強(qiáng)度：大大優(yōu)于木纖第84頁/共120頁4.改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性浸水殘余強(qiáng)度TSR(%)：大大優(yōu)于木纖第85頁/共120頁5.提高瀝青混合料疲勞耐久性

福倍安礦物纖維可提高疲勞常數(shù)a達(dá)2至3個(gè)數(shù)量級（約80-400倍），比木纖約高10倍。改性瀝青提高疲勞常數(shù)a約60倍。

第86頁/共120頁6．提高抗車轍變形能力A.車轍變形速率:可降低3-5倍,改性瀝青可降低

5-20倍。第87頁/共120頁6．提高抗車轍變形能力A.車轍變形速率:比木纖約降低50%第88頁/共120頁6．提高抗車轍變形能力B.提高動穩(wěn)定度:比木纖約提高80%第89頁/共120頁3.3.福倍安道路專用礦物纖維

—在水泥路面上加鋪瀝青面層的應(yīng)用可大幅提高瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度與韌性，有效增大瀝青膜厚度并增大瀝青粘合劑的彈性。因此，可有效阻止反射裂縫的產(chǎn)生。有效瀝青膜厚度的增大及抗拉強(qiáng)度的提高，可減少反射裂縫發(fā)生后松散與剝離的產(chǎn)生。第90頁/共120頁8YearsOld第91頁/共120頁3.4.福倍安道路專用礦物纖維

—在橋面鋪裝，坡道，隧道等的應(yīng)用可大幅提高瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度與韌性，有效增大瀝青膜厚度并增大瀝青粘合劑的彈性。因此，可有效阻止反射裂縫的產(chǎn)生。有效瀝青膜厚度的增大及抗拉強(qiáng)度的提高，可減少反射裂縫發(fā)生后松散與剝離的產(chǎn)生。第92頁/共120頁四.福倍安礦物纖維的經(jīng)濟(jì)成本可行性

單價(jià):20,000元/噸;

單位用量建議:0.4%(混合料);

每立方混合料纖維成本:200元;

每平方米面積成本:2元/公分厚;

減少路面厚度進(jìn)一步降低路面造價(jià)的可行性(技術(shù)討論)第93頁/共120頁四.福倍安礦物纖維的經(jīng)濟(jì)成本可行性

8-6-4面層結(jié)構(gòu)6-5-4面層結(jié)構(gòu)+礦物纖維路面成本180元/平米168元/平米抗車轍能力沒有提高提高40%以上抗溫度裂紋能力沒有提高提高60%以上抗反射裂紋能力提高20%提高60%以上抗微觀收縮裂紋（抗早期水破壞）沒有提高提高60%以上疲勞耐久性提高20%提高100%以上比較基準(zhǔn)：6-5-4路面結(jié)構(gòu)，不加纖維。第94頁/共120頁五.福倍安礦物纖維在中國的推廣應(yīng)用中國公路面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)客觀因素:超載嚴(yán)重,氣溫變化快;

公路情況:路面早期破壞嚴(yán)重,普遍無法達(dá)到設(shè)計(jì)壽命;第95頁/共120頁福倍安礦物纖維是解決中國公路問題的重要手段2004年:開始在中國的推廣工作;2005年:

引起了交通部及學(xué)術(shù)界的關(guān)注;

交通部公路司已決定推廣使用;

交通部科技司已決定立項(xiàng)研究;

受到了若干省交通廳的重視;

進(jìn)入路面應(yīng)用:山東,河北,河南,

山西,內(nèi)蒙,湖南等。第96頁/共120頁六.福倍安礦物纖維的拌合與施工1.對于間隙式拌合樓（Batch)

預(yù)先將礦物纖維稱重包裝，每拌合一鍋，投入一包。干拌時(shí)間為8-12秒,濕拌時(shí)間35秒。采用SBS改性瀝青時(shí)的拌合溫度為163度。2.對于連續(xù)式拌合樓（Drum）纖維將被機(jī)械自動打散，再利用風(fēng)力將打散的礦物纖維送入拌合機(jī)的拌合鍋中。纖維的噴入口靠近瀝青加入口，使纖維可直接噴入瀝青中，與噴入瀝青同時(shí)進(jìn)行。

無需增加干拌和濕拌時(shí)間，生產(chǎn)效率高。第97頁/共120頁福倍安道路專用礦物纖維—添加量選擇添加量選擇依據(jù)：

1）瀝青混合料結(jié)構(gòu)

2）路面性能要求現(xiàn)在應(yīng)用情況：

SMA瀝青混合料：0.3%-0.5%；

OGFC瀝青混合料：0.5%；

AC瀝青混合料：0.2%-0.5%。

第98頁/共120頁IssueswithFibersFeedcanclog–addclears