基于粘结性能的纤维橡胶沥青碎石封层研究

基于粘结性能的纤维橡胶沥青碎石封层研究

王航岳鹏超

长安大学公路学院陕西西安710064

摘要：为了研究橡胶沥青碎石封层的粘结特性，从纤维掺量、纤维长度、沥青用量等因素出发，基于拉拔试验来分析纤维橡胶沥青碎石封层与半刚性基层之间的粘结状态，通过正交试验设计，以拉拔强度为指标优选出获得最佳粘结性能的材料组合，结果表明：影响纤维橡胶沥青碎石封层粘结效果的因素依次为沥青用量、纤维掺量、纤维长度，三者之间最佳组合方案为纤维掺量为80g/m2，纤维长度为3cm，橡胶沥青用量为2kg/m2。

关键词：封层；粘结性能；正交设计；拉拔强度

1.引言

半刚性基层由于其板体性好，强度高，造价低，适用于我国的国情而被大面积应用，但基层与面层属于不同性质的材料在外荷载和温度作用下会产生各种病害。

本文从纤维橡胶沥青碎石封层的材料组成入手，分析纤维用量、纤维长度、沥青用量三者对于封层粘结性能的影响。

2.原材组成

封层沥青选择40目20%橡胶粉掺量的橡胶沥青，加铺层采用90号基质沥青，碎石封层碎石粒径为5～10mm石灰岩；纤维为玻璃纤维。

本文试验制作的水泥混凝土板的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，粗集料为石灰岩，细集料为中砂河砂，集料性质均满足规范要求，水采用合格的自来水。水泥：细集料（砂）：粗集料为1：1.42：2.63，W/C=0.40。加铺层沥青混合料采用AC-13。

3.试验方案

本次试验纤维用量从60g/m2～100g/m2，纤维长度从3～9cm，橡胶沥青用量从1.8Kg/m2～2.2Kg/m2。试验采用正交设计的方法进行，一共9组试验，试验结果采用极差分析法进行分析。

4.试验步骤

拉拔试验的破坏面必须是基层和面层之间的破坏，如果不是这样，必须重新进行试验，试验仪器采用数显式拉拔仪，试验温度30℃。试验步骤如下：

①用环氧树脂胶与聚酰胺树脂（混合比例为1：1），把试件粘结在钢板上，把拉拔头一侧也涂上环氧树脂固定在试件上表面，然后放置于温度为30±1℃标准试验条件下，时间不少于8h，使其固化。

②连接好传感器，开机设置拉拔参数。然后将拉拔仪放置在试件上方，切记试件表面与拉拔头拉拔的方向始终保持垂直，否则，试验将会出现或多或少的偏差。

③待试件准备就绪开始试验，试验过程中显示屏上将实时记录下试验过程中的位移以及拉力，直到试件破坏。

④记录数据，将仪器复位，进行下一试件的拉拔。

粘结强度按下式计算，每组试验采用两组平行试验，如两次试验结果偏差过大，则补做一组，取其中两个数据接近的平均值作为最终结果。

5.试验结果及分析

图3橡胶沥青用量对粘结强度的影响图4各因素对粘结强度的影响程度

（1）由图4可知三个变量对粘结强度的影响程度由大到小依次为沥青用量、纤维用量、纤维长度。因为基层与面层之间的粘结主要依靠沥青结合料。根据极差结果基于粘结强度试验结果获得最佳材料组合为纤维用量为80g/m2，纤维长度为3cm，沥青用量为2.0Kg/m2。

（2）粘结强度随纤维用量的增加先增加后减小，当纤维用量为80g/m2时粘结强度达到最大值，当纤维用量较少时封层可以存在多余的自由沥青，封层整体的性能不好，随着纤维用量的增多，纤维可以吸附更多的自由沥青，同时由于纤维的二维乱向分布以及碎石大大提高了封层的整体性，随着纤维用量的增多，吸附沥青的量不再增加，甚至出现纤维软弱夹层，导致粘结强度降低。

（3）由图2可知纤维越长封层的粘结强度越小，可能时由于纤维越长纤维的分散性就越差，导致封层的整体质量就差。

（4）由图3所知粘结强度随沥青用量的增加先增大后减小，当沥青用量较少时沥青能够吸附和稳定的纤维与碎石就少，同时其粘结性能差，因此强度低，随着沥青用量的增多，纤维吸附的沥青用量增多同时碎石与纤维沥青的嵌入作用更加稳固，粘结强度增大，但橡胶沥青的用量继续增大，过多沥青的存在会削弱短纤维的加筋作用，则表现为粘结强度降低。

参考文献：

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[4]纤维封层力学性能试验研究[D].大连：大连理工大学，2008：78.

作者简介：王航（1992.09—），男，汉族，籍贯：河南省洛阳市，学历：硕士研究生，研究方向：路面方向。