基于开裂应变能平衡原理的纤维水泥稳定破碎卵石增韧研究

作者：张裕卿; 顾章义; 李辉; 罗雪^*

来源：中国公路学报, 2023, 36(12): 197-208.

DOI：10.19721/j.cnki.1001-7372.2023.12.015

• 路面工程
• 纤维水泥稳定破碎卵石
• 间接拉伸疲劳试验
• 疲劳开裂
• 损伤密度

为了降低水泥稳定碎石基层对矿石资源过多的消耗，并探究纤维对水泥稳定碎石抗疲劳开裂的增韧作用，采用破碎卵石替代石灰岩集料，基于开裂应变能平衡原理建立疲劳裂纹长度预测模型，分析纤维增韧水泥稳定破碎卵石疲劳开裂性能。选取不同长度(10、15、20 mm)和掺量(0.9、2.0、3.0 kg·m-3)的聚丙烯纤维，设计了纤维增韧水泥稳定破碎卵石间接拉伸疲劳试验，采集应变、模量以及裂纹长度等信息。利用所提出的模型获取疲劳开裂扩展规律，并与传统基于模量衰减的疲劳开裂模型预测结果及试验实测裂纹长度进行对比分析。结果表明：基于应变能疲劳损伤模型预测的裂纹长度与实测裂纹长度更为接近，说明所提出的模型能更好地表征纤维增韧水泥稳定破碎卵石的疲劳开裂特性。损伤密度在稳定发展阶段增长速率随纤维长度的增加呈下降趋势，随纤维掺量的提高先减小后增加，表明掺量对水泥稳定破碎卵石抗疲劳开裂性能的提升更加明显，但掺量过高反而会降低纤维水泥稳定破碎卵石的抗裂性能，在长度20 mm、掺量2.0 kg·m-3时疲劳寿命提升最佳(3倍左右),建议纤维长度取15～20 mm,掺量范围为0.9～2.0 kg·m-3。利用疲劳损伤密度区分纤维增韧效果更加清晰，评价损伤程度更为精准，研究结果可为纤维增韧材料设计提供新的评价指标。

• 单位
  浙江大学; 建筑工程学院; 东南大学