盐富集条件下矿物复合纤维沥青混合料路用性能及腐蚀损伤研究
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摘要
随着国民经济的发展和西部大开发战略的深入，我国西部地区沥青路面通车里程不断增加。但在广袤的盐富集环境下，沥青路面的结构与材料设计、铺筑及养护技术面临巨大挑战，且已建成的沥青路面在盐类物质的侵蚀作用下，早期病害加剧。目前，在沥青混合料中掺入增强纤维成为提高沥青混合料路用性能的有效手段，在这一背景下，MiberⅠ矿物复合纤维经研发而成。然而，在盐富集环境下，针对沥青混合料的性能变化规律及腐蚀损伤研究，国内外鲜有报道；且纤维沥青混合料的适用性及矿物复合纤维的使用性能尚待深入探讨。因此，对这些问题进行深入、系统的研究对于延长盐富集地区沥青路面使用寿命具有重要理论价值和工程意义。
论文在对矿物复合纤维材料技术性能评价的基础上，提出了盐富集环境下热拌沥青混合料路用纤维的要求；采用流变学理论和试验模拟方法研究了纤维种类、掺量以及温度、荷载作用频率等因素对纤维沥青胶浆性能的影响，分析流变参数（复数剪切模量、相位角等）的变化规律；利用数值分析方法，拟合纤维沥青胶浆粘弹性的修正Burgers模型参数；基于盐富集地区的气候和环境状况，采用干湿循环加速腐蚀试验方法，通过锥入度试验和拉伸试验研究了硫酸盐腐蚀作用下矿物复合纤维沥青胶浆的抗剪性能和拉伸性能；通过车辙试验、小梁低温弯曲试验和四点弯曲疲劳寿命试验研究了在硫酸盐腐蚀作用下矿物复合纤维沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、疲劳性能及其损伤规律，并深入探讨了盐富集条件下纤维增强沥青混合料作用机理，得出纤维通过加筋增强作用、增韧作用、阻裂作用和提高材料的自愈合能力等方式提高了沥青混合料的路用性能；对矿物复合纤维进行了经济性分析，表明与聚酯纤维和玄武岩纤维相比，矿物复合纤维具有一定价格优势；在此基础上，提出了通过掺入矿物复合纤维以改善盐富集条件下沥青混合料路用性能的理念；论文分析了沥青混合料在干湿循环与硫酸盐腐蚀共同作用下的宏观损伤机理；引入GM（1,N）灰色预测模型，对盐富集地区沥青路面普遍使用的AC-13混合料在干湿循环与硫酸盐腐蚀共同作用下的力学性能进行了预测，且预测结果与实际吻合较好。
With the development of national economy and the deepening implementation of theWestern Development Strategy, the traffic mileage of asphalt pavement continuouslyincreases in Western China. However, the structure design, material composition, paving andmaintenance technology of asphalt pavement under salt enrichment environment are facingenormous challenges which can be certified by the aggravation of early diseases with theerosion of salt substance in built asphalt pavement. At present, the incorporation of reinforcedfiber has become an effective mean to enhance the pavement performance of asphalt mixture.Therefore, the mineral composition fiber MiberⅠwas developed. However, reports onperformance variation law and corrosion damage of asphalt mixture under salt enrichmentenvironment are rare and the applicability of fiber asphalt mixture as well as the serviceperformance of the mineral composition fiber needs further discussion. Therefore, thein-depth, systematic study of these issues has a great theoretical value and engineeringsignificance to extend the service life of asphalt pavement in salt enrichment environment.
On the basis of the evaluation of the technical performance of the mineral compositionfiber material, the requirements of fiber used in hot-mix asphalt mixture under saltenrichment environment were proposed. Rheological theory and experiment simulationmethod were used to study the effect of different factors such as fiber species, mixingamount, temperature and the frequency of loading action on the performance and therheological parameters (complex shear modulus, phase angle) variation law of fiber-asphaltglue. The viscoelastic behavior of fiber-asphalt glue was analyzed by modified Burgersmodel and the rheological parameters of the model were determined.
Based on the climate and environment condition of salt enrichment regions, the shearbehavior and tensile property of fiber-asphalt motar under sulfate corrosive effect werestudied with dry-wet cycle method, cone penetration test and tensile test. The hightemperature stability, low-temperature crack resistance, fatigue property and the damage lawof mineral composition fiber asphalt mixture under sulfate solution corrosion effect werestudied through rutting test, trabecular low-temperature bend test and four-point bendingfatigue life test. Fiber-reinforced mechanism of asphalt mixture was deeply probed and the road performance of asphalt mixture was enhanced through means such as reinforcedenhancement, toughening effect, action of crack arrest and self-healing performanceenhancement. Compared with polyester fiber and basalt fiber, mineral compound fiber hasobvious price advantage by the economics analysis. Therefore, the idea of adding mineralcomposition fiber to modify the combination property of asphalt mixture under corrosionconditions was proposed. The dissertation Besides, the macroscopic damage mechanism ofasphalt mixture under the combined action of both dry-wet cycle and sulfate corrosion wasanalyzed. GM（1,N）gray prediction model was introduced to make a higher accuracyprediction of AC-13asphalt mixture mechanical properties under the dry-wet cycle andsulfate corrosion condition and the prediction results had a good coincidence with the reality.
论文在对矿物复合纤维材料技术性能评价的基础上，提出了盐富集环境下热拌沥青混合料路用纤维的要求；采用流变学理论和试验模拟方法研究了纤维种类、掺量以及温度、荷载作用频率等因素对纤维沥青胶浆性能的影响，分析流变参数（复数剪切模量、相位角等）的变化规律；利用数值分析方法，拟合纤维沥青胶浆粘弹性的修正Burgers模型参数；基于盐富集地区的气候和环境状况，采用干湿循环加速腐蚀试验方法，通过锥入度试验和拉伸试验研究了硫酸盐腐蚀作用下矿物复合纤维沥青胶浆的抗剪性能和拉伸性能；通过车辙试验、小梁低温弯曲试验和四点弯曲疲劳寿命试验研究了在硫酸盐腐蚀作用下矿物复合纤维沥青混合料的高温稳定性、低温抗裂性、疲劳性能及其损伤规律，并深入探讨了盐富集条件下纤维增强沥青混合料作用机理，得出纤维通过加筋增强作用、增韧作用、阻裂作用和提高材料的自愈合能力等方式提高了沥青混合料的路用性能；对矿物复合纤维进行了经济性分析，表明与聚酯纤维和玄武岩纤维相比，矿物复合纤维具有一定价格优势；在此基础上，提出了通过掺入矿物复合纤维以改善盐富集条件下沥青混合料路用性能的理念；论文分析了沥青混合料在干湿循环与硫酸盐腐蚀共同作用下的宏观损伤机理；引入GM（1,N）灰色预测模型，对盐富集地区沥青路面普遍使用的AC-13混合料在干湿循环与硫酸盐腐蚀共同作用下的力学性能进行了预测，且预测结果与实际吻合较好。
With the development of national economy and the deepening implementation of theWestern Development Strategy, the traffic mileage of asphalt pavement continuouslyincreases in Western China. However, the structure design, material composition, paving andmaintenance technology of asphalt pavement under salt enrichment environment are facingenormous challenges which can be certified by the aggravation of early diseases with theerosion of salt substance in built asphalt pavement. At present, the incorporation of reinforcedfiber has become an effective mean to enhance the pavement performance of asphalt mixture.Therefore, the mineral composition fiber MiberⅠwas developed. However, reports onperformance variation law and corrosion damage of asphalt mixture under salt enrichmentenvironment are rare and the applicability of fiber asphalt mixture as well as the serviceperformance of the mineral composition fiber needs further discussion. Therefore, thein-depth, systematic study of these issues has a great theoretical value and engineeringsignificance to extend the service life of asphalt pavement in salt enrichment environment.
On the basis of the evaluation of the technical performance of the mineral compositionfiber material, the requirements of fiber used in hot-mix asphalt mixture under saltenrichment environment were proposed. Rheological theory and experiment simulationmethod were used to study the effect of different factors such as fiber species, mixingamount, temperature and the frequency of loading action on the performance and therheological parameters (complex shear modulus, phase angle) variation law of fiber-asphaltglue. The viscoelastic behavior of fiber-asphalt glue was analyzed by modified Burgersmodel and the rheological parameters of the model were determined.
Based on the climate and environment condition of salt enrichment regions, the shearbehavior and tensile property of fiber-asphalt motar under sulfate corrosive effect werestudied with dry-wet cycle method, cone penetration test and tensile test. The hightemperature stability, low-temperature crack resistance, fatigue property and the damage lawof mineral composition fiber asphalt mixture under sulfate solution corrosion effect werestudied through rutting test, trabecular low-temperature bend test and four-point bendingfatigue life test. Fiber-reinforced mechanism of asphalt mixture was deeply probed and the road performance of asphalt mixture was enhanced through means such as reinforcedenhancement, toughening effect, action of crack arrest and self-healing performanceenhancement. Compared with polyester fiber and basalt fiber, mineral compound fiber hasobvious price advantage by the economics analysis. Therefore, the idea of adding mineralcomposition fiber to modify the combination property of asphalt mixture under corrosionconditions was proposed. The dissertation Besides, the macroscopic damage mechanism ofasphalt mixture under the combined action of both dry-wet cycle and sulfate corrosion wasanalyzed. GM（1,N）gray prediction model was introduced to make a higher accuracyprediction of AC-13asphalt mixture mechanical properties under the dry-wet cycle andsulfate corrosion condition and the prediction results had a good coincidence with the reality.
引文
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