【建筑与土木工程】碳纤维土工格栅：沥青路面高低温及剪切力学性能验证

摘要

目前碳纤维基土工格栅在我国沥青路面中的应用仍处于研究初期阶段。与玻璃纤维相比，碳纤维经过电化学表面氧化、聚氨酯类浸润剂涂覆等工艺处理，可提升与沥青或混凝土的粘结强度，同时改善耐磨性与施工适配性。本研究通过车辙试验、低温弯曲破坏试验、Leutner剪切试验等室内试验体系，研究了面层组合体类型与土工格栅类型对沥青路面结构高低温性能及层间剪切性能的影响。

结果表明：碳纤维基土工格栅增强可提升沥青面层组合体的抗车辙性能与低温抗裂性能，其中纯碳纤维土工格栅（CCF）的两项性能均优于碳 / 玻璃纤维复合土工格栅（GCF）。与 GCF 增强相比，CCF 增强的动稳定度提升 12.80% ~ 13.74%，弯拉强度提升 4.53%，弯拉强度增强率提升 37.47%，说明聚合物涂覆工艺可强化碳纤维基土工格栅的增强效果。碳纤维基土工格栅增强会削弱沥青路面组合体的层间剪切性能，但 CCF 增强的层间剪切性能比 GCF 增强高 13.94%~28.14%，说明聚合物涂覆工艺可提升碳纤维基土工格栅的界面抗剪能力。面层组合体类型是调控增强型面层组合体高低温性能与层间剪切行为的关键因素：AC-20/AC-25 组合体的动稳定度、最大弯拉应变、层间抗剪强度均优于 AC-13/AC-20 组合体，三项指标分别提升 40.25%、27.58%、8.5%~25.6%。本试验结果可为土工格栅增强沥青路面的性能研究提供参考依据。

1. 引言

路面主要分为柔性路面、刚性路面和复合路面三大类。柔性路面刚度低、抗拉强度低，主要依靠抗压强度和抗剪强度承受车辆荷载。工程实践中，柔性路面主要包括沥青路面和未结合碎石路面，沥青路面凭借独特的材料特性在高等级公路建设中具备显著优势，因此得到广泛应用。但目前沥青路面的主要病害形式包括车辙、开裂和疲劳损伤。

针对上述问题，相关研究主要聚焦于优化集料级配、采用高性能沥青混合料（如改性沥青结合料、纤维外加剂等）、增加路面面层厚度、在半刚性基层与沥青面层界面处增设土工合成材料等增强材料，上述方法均取得了一定成效。但相关研究表明，增加面层厚度和采用高性能沥青混合料均会产生较高的经济成本，工程实践中需结合具体工况选择。在基层与面层界面或沥青面层之间设置土工合成材料是一种经济高效的技术方案，其中土工格栅在实际应用中表现出优异的结构稳定性和环境适应性，因此在沥青路面层间设置土工合成材料是缓解沥青路面病害问题的有效技术途径。

目前已有大量研究针对土工合成材料增强沥青路面的抗车辙性能展开：土工合成材料用作粒料基层的增强材料时，可有效缓解沥青路面车辙病害，提升沥青路面整体结构性能。多项研究均证实了土工格栅增强对提升沥青路面抗车辙性能的有效性：有研究分析了土工合成材料类型和温度对沥青混合料抗车辙性能的影响，发现不同增强构型会产生不同的剪切流动行为；也有研究通过有限元数值模拟、室内试验和现场试验评估了纤维增强沥青罩面路面的抗车辙性能，发现玻璃纤维和碳纤维土工格栅在缓解车辙方面性能相当。此外部分研究表明，土工格栅增强可减少沥青混凝土的永久变形。目前车辙试验是全球范围内评估沥青混合料抗车辙性能的主要手段，现有研究主要针对土工合成材料增强沥青罩面的抗车辙性能展开，但针对新型碳纤维基土工格栅增强沥青面层组合体的抗车辙性能研究仍较为匮乏。

针对土工合成材料增强沥青路面的低温抗裂性能，现有研究指出的主要影响因素包括土工合成材料类型、增强位置、温度、荷载类型、现有面层类型、裂缝宽度和沥青混合料类型。有研究提出了一种评估增强沥青混合料抗裂性能的新方法，采用弯拉模式下的温度诱导反射裂缝试验；也有研究评估了土工合成材料类型和模量对增强沥青混合料抗裂性能的影响；还有研究通过数字图像相关法（DIC）和四点弯曲疲劳试验研究了土工合成材料增强沥青罩面的抗裂性能；另有研究通过有限元数值模拟、室内试验和现场试验研究了土工格栅增强沥青罩面的长期性能，证实了在罩面下方设置土工格栅可有效抑制界面裂缝扩展；还有研究通过压实圆盘拉伸试验、间接拉伸试验和声发射试验研究了纤维增强沥青混凝土的低温抗裂性能，发现添加纤维可提升沥青混合料的低温抗裂性能。此外多项研究表明，土工格栅增强对增强沥青混合料的裂缝萌生阶段无显著影响，但对裂缝扩展阶段有显著作用，可延缓裂缝扩张。综上，现有研究主要针对土工合成材料（尤其是玻璃纤维土工格栅）增强沥青路面的抗裂性能展开，但针对碳纤维土工格栅增强沥青路面的抗裂性能研究仍较为有限。

研究发现，层间土工合成材料增强会使增强沥青层形成结构薄弱层，从而缩短路面使用寿命。目前针对土工合成材料增强沥青混合料层间剪切行为的研究仍较为有限，层间剪切性能受土工合成材料类型（材料、刚度、孔径尺寸）、沥青混合料特性、层间条件（粘结剂、温度）、剪切加载速率和集料形态等因素控制。现有研究表明，土工合成材料用作层间增强材料会降低层间粘结强度和抗剪强度：有研究采用洛伊特纳剪切试验研究了土工合成材料刚度对沥青路面层间抗剪强度的影响，发现抗剪强度增益随土工格栅拉伸模量的降低而增大；也有研究通过剪切试验评估了试验方法、面层组合体类型和土工格栅类型对层间抗剪强度的影响，结果表明试验方法是影响层间抗剪强度的最显著统计因素，其次是土工格栅类型；还有研究通过剪切试验研究了土工格栅类型对沥青路面层间抗剪强度的影响；另有研究采用改进的大型直剪仪评估了土工格栅类型对层间抗剪强度的影响，发现增大土工格栅拉伸模量不一定能提升层间抗剪强度；还有研究结合现场调研和室内试验研究了土工格栅特性对沥青路面层间抗剪强度的影响，结果表明土工格栅性能对抗剪强度的影响大于对抗拉强度的影响。上述研究主要针对土工合成材料类型对层间剪切行为的影响展开，针对碳纤维土工格栅增强沥青路面的研究仍较为有限。

沥青组分、老化程度、纤维类型和温度也是影响沥青混合料力学性能（包括抗车辙性能和低温抗裂性能）的因素：有研究通过动态剪切流变仪（DSR）测定不同流变参数下三种再生剂的拌合行为，提出了不同老化条件下实现高中温目标粘结性能所需的再生剂用量，并评估了其在沥青路面再生应用中的适用性；也有研究通过蠕变试验研究了沥青老化和再生剂类型对沥青混合料蠕变行为的影响，发现长期老化会增大沥青的剪切应力、蠕变时间和残余应力比；还研究分析了气候升温对沥青路面老化特性、长期服役性能和养护成本的影响，发现平均温度每升高 1℃，沥青路面老化速率加快约 1.5%~2.6%，总养护成本增长 1.9%~3.8%，在所有调研城市中，聚合物改性 70R0 混合料的总养护成本最低。

目前普遍认为，在沥青结合料中掺入纤维可优化沥青混凝土混合料和路面结构的粘弹性，提升抗水损害性能、蠕变性能和耐磨性能，抑制裂缝扩展；同时纤维还可提升混合料的低温抗裂性能、弯曲模量、韧性和抗拉强度，显著提高热拌沥青（HMA）的断裂韧性。有研究分析了木质素纤维和聚酯纤维对高掺量 SBS 改性沥青（HCPMA）混合料在未老化和老化状态下的抗裂性能、疲劳性能和车辙稳定性的影响，结果表明两种纤维在短期和长期老化后的增强效率均有所提升。

碳纤维与沥青结合料的界面相容性好、力学性能优异，被广泛认为是极具前景的沥青路面材料改性剂：有研究分析了纤维类型对沥青混合料体积参数和室内性能的影响，发现碳纤维可显著提升沥青混合料的抗裂性能；也有研究分析了碳纤维和洋麻纤维对沥青混凝土断裂性能的影响，结果表明碳纤维增强沥青混凝土的断裂性能优于洋麻纤维增强沥青混凝土；还有研究采用力学 - 经验（M-E）路面设计方法结合室内试验，研究了废轮胎橡胶和尼龙纤维复合材料（R-F）改性温拌沥青（WMA）的性能，结果表明 R-F 复合材料可有效降低国际平整度指数（IRI），提升温拌沥青的抗裂和抗车辙性能；另有研究分析了含轮胎织物纤维和废轮胎胶粉的热拌沥青（HMA）的耐久性和抗老化性能，结果表明添加轮胎织物纤维可有效提升热拌沥青的抗车辙和抗裂性能。

尽管碳纤维的增强效果优异，但其使用成本显著高于天然纤维。碳纤维制造成本高的主要原因是前驱体纱线价格昂贵，占总生产成本的 50% 以上。采用低成本纺织级聚丙烯腈（PAN）纤维前驱体（Tex PAN）是降低碳纤维生产成本的可行途径。近年来，众多学者通过专门的预稳定化和后稳定化处理，采用 Tex PAN 前驱体制备出低成本碳纤维，显著降低了碳纤维的总制造成本。

基于上述分析，本研究旨在全面评估碳纤维基土工格栅增强沥青路面结构的高低温性能和层间剪切行为，研究土工格栅类型（纯碳纤维土工格栅、碳 / 玻璃纤维复合土工格栅）和密级配沥青混凝土（AC）面层组合体类型（AC-13/AC-20、AC-20/AC-25）对沥青路面面层组合体抗车辙性能、低温抗裂性能和层间剪切行为的影响。本研究结果有助于深化对碳纤维基土工格栅增强沥青路面结构性能特性的理解，为优化设计方法提供支撑。

2. 材料与方法

2.1 试验材料

本研究采用两种土工格栅：碳 / 玻璃纤维复合土工格栅（简称 GCF，纵向肋为玻璃纤维、横向肋为碳纤维）和纯碳纤维土工格栅（简称 CCF），由山东路新材料有限公司（中国泰安）提供，核心技术参数见表 1。与玻璃纤维相比，碳纤维经过电化学表面氧化、聚氨酯类浸润剂涂覆等工艺处理，可提升与沥青或混凝土的粘结强度，同时改善耐磨性与施工适配性。

表1 土工格栅技术参数

本研究采用的沥青为苯乙烯 - 丁二烯 - 苯乙烯嵌段共聚物（SBS）改性沥青，SBS 改性沥青的技术参数，见表 2。粘层油采用 PCR 阳离子乳化沥青，洒布量为 0.4 L/m²，以保证上下沥青混合料层之间的有效粘结，技术参数见表 3。

本研究采用的沥青混合料包括 AC-13（上面层）、AC-20（中面层）和 AC-25（下面层），各级配曲线见图 1。其中 AC-13 采用玄武岩和石灰岩集料：根据我国沥青路面工程实际工况，公称粒径 10~15 mm 和 5~10 mm 的粗集料采用玄武岩，其余集料档采用石灰岩；AC-20 和 AC-25 全部采用石灰岩集料，矿粉为石灰岩矿粉。通过马歇尔法确定 AC-13、AC-20、AC-25 混合料的油石比，结果见表4。

图1 沥青混合料级配曲线图

表4 沥青混合料油石比

2.2 面层组合体

本研究中，面层组合体指由粘层界面粘结的上下两层沥青混合料构成的双层沥青路面结构。沥青路面结构通常分为上面层、中面层和下面层，根据复合材料理论和现场界面构型，面层组合体定义为上面层 - 中面层体系和中面层 - 下面层体系，该构型不仅更贴合实际沥青路面结构，也更符合工程实践。本研究采用两种面层组合体：AC-13/AC-20、AC-20/AC-25。

2.3 试件制备

增强型面层组合体车辙试件的制备步骤如下：

1.下面层沥青混合料制备：采用尺寸为长 300 mm× 宽 300 mm× 厚 50 mm 的试模，按照国内公路工程沥青及沥青混合料试验标准要求制备下面层沥青混合料；

2.碳纤维基土工格栅铺设：脱模后将成型的下面层试件转移至大型试模（300 mm×300 mm×100 mm）中，清理表面后均匀洒布 SBS 改性乳化沥青，铺设土工格栅；

3.上面层沥青混合料制备：采用与下面层相同的方法制备上面层沥青混合料，冷却至室温后得到复合车辙板，试件用于车辙试验。

图2 部分小梁试件：(a) 车辙板；(b) 梁式试件；(c) 圆柱形试件

增强型面层组合体复合梁式试件的制备流程：将车辙板切割为尺寸 250 mm×47 mm×50 mm 的梁式试件，所有试件均按此方法制备，试件用于低温弯曲破坏试验。

增强型面层组合体圆柱形试件的制备流程：制备好的车辙板养护 72 h 后，通过钻芯法从每块板中钻取 3 个直径 100 mm、高度 100 mm 的圆柱形试件，试件用于剪切试验。

2.4 试验方法

车辙试验：车辙试验在 LHCZ-9 型三车道全自动车辙试验仪上进行，设备由北京蓝航中科测控技术研究所（中国北京）提供。试验条件为：温度 60±1℃，轮压 0.7 MPa，加载频率 42±1 次 /min，试验时长 1 h 或试件最大变形达到 25 mm 时终止试验。

低温弯曲破坏试验：低温弯曲破坏试验采用 WDW-1020 型微机控制电子万能试验机和 WD-402 型高低温试验箱，设备由中国科学院长春科新公司试验仪器研究所（中国长春）提供。试验条件为：温度 - 10℃，位移控制加载速率 50 mm/min，荷载下降至峰值荷载的 80% 时终止试验。

Leutner剪切试验：洛伊特纳剪切试验通过平行于层间界面施加恒定剪切速率进行。本研究设置剪切位移速率为恒定 2.54 mm/min，所有试验在 20℃恒温条件下对直径 100 mm 的试件进行。试验前所有试件在指定试验温度下恒温处理 12 h，剪应力下降至峰值剪应力的 60% 时终止试验。

图 3 试验设备：(a) 车辙试验；(b) 低温弯曲破坏试验；(c) 洛伊特纳剪切试验

3. 结果与讨论

3.1 抗车辙性能

3.1.1 土工格栅类型与面层组合体类型对最大车辙深度的影响

不同土工格栅增强面层组合体的最大车辙深度试验结果见图 4。如图所示：AC-20/AC-25 工况下，增强型面层组合体的最大车辙深度较未增强试件降低 2.1%~5.9%；AC-13/AC-20 工况下，增强型面层组合体的最大车辙深度较未增强试件降低 6.8%~13.6%，证实了相同条件下土工格栅增强组合体的承载能力更高。其根本原因是车辙主要由沥青混合料的抗剪强度控制，土工格栅增强可提升沥青面层组合体的约束作用，从而提高其抗剪强度。

GCF 的最大车辙深度始终大于 CCF，约为 CCF 的 1.04~1.08 倍。该现象源于 CCF 与 GCF 的性能差异，主要由纵向肋性能差异导致：纵向肋是提升横向肋弯曲刚度、保持土工格栅完整性的关键结构，纵向肋性能越优异，土工格栅的增强效率越高，面层组合体的抗车辙性能越好。

图4 最大车辙深度试验结果

从试验结果还可看出，相同增强条件下，AC-20/AC-25 的最大车辙深度降幅小于 AC-13/AC-20：CCF 增强条件下，面层组合体从 AC-20/AC-25 变为 AC-13/AC-20 时，最大车辙深度降幅提升 30%；GCF 增强条件下，面层组合体从 AC-20/AC-25 变为 AC-13/AC-20 时，最大车辙深度降幅提升 100%。表明面层组合体类型对增强型面层组合体的最大车辙深度降低效果有显著影响。综上分析，CCF 与面层组合体配合的整体性能更优；但从经济性角度考虑，建议优先选用 GCF 作为面层组合体的增强材料。

3.1.2 土工格栅类型与面层组合体类型对动稳定度的影响

动稳定度是车辙试验的核心评价指标，计算公式如下： 

为进一步对比两种土工格栅（CCF 和 GCF）对增强型面层组合体动稳定度的影响、量化其增强效率，引入动稳定度增强率（ERDS），计算公式如下：

图5 动稳定度及其增强率试验结果

试验结果表明，土工格栅增强面层组合体的动稳定度均大于未增强试件，对应的动稳定度增强率均大于 0，其中 CCF 增强的 AC-13/AC-20 组合体增强率最大，达到100.03%。土工格栅增强面层组合体的动稳定度均在 2800 次 /mm 以上，符合国内公路沥青路面设计规范的要求。

根据相关研究定义，有效接触面积比为土工格栅与沥青混合料的接触面积占总界面面积的比例。试验结果表明，当土工格栅与沥青混合料的有效接触面积比约为 0.30 时，层间土工格栅仍可满足面层组合体的层间粘结性能要求，同时可有效提升面层组合体的抗车辙性能，该结论与现有相关研究结果一致。

相同面层组合体条件下，不同类型土工格栅对动稳定度增强率的贡献存在显著差异：AC-20/AC-25 工况下，CCF 和 GCF 增强的动稳定度增强率分别为 88.18% 和 66.82%，表明 CCF 在提升动稳定度方面的增强性能优于 GCF；动稳定度方面，CCF 较 GCF 提升 12.80%~13.74%，说明土工格栅类型对动稳定度提升有显著作用。

相同增强条件下，AC-20/AC-25 的动稳定度增强率低于 AC-13/AC-20：GCF 和 CCF 增强条件下，面层组合体从AC-20/AC-25 变为 AC-13/AC-20 时，动稳定度增强率分别提升 13.54% 和 13.43%，动稳定度分别提升 40.25% 和 41.41%。因此合理选择面层组合体类型可提升增强型面层组合体的动稳定度。

3.2 低温抗裂性能

3.2.1 土工格栅类型与面层组合体类型对弯拉强度的影响

不同土工格栅增强面层组合体破坏时的弯拉强度试验结果见图 6。为进一步对比两种土工格栅（CCF 和 GCF）增强后面层组合体的弯拉强度变化与增强效果，引入弯拉强度增强率（ERRB），计算公式如下：

图6 弯拉强度及其增强率试验结果

从试验结果可以看出，土工格栅增强面层组合体的弯拉强度均高于未增强试件，对应的弯拉强度增强率均大于 0，其中 CCF 增强的 AC-20/AC-25 组合体增强率最高，达到 25.24%，表明碳纤维基土工格栅增强可有效提升破坏时的弯拉强度。相同面层组合体条件下，CCF 的弯拉强度和弯拉强度增强率均大于 GCF：AC-13/AC-20 工况下，土工格栅从 GCF 变为 CCF 时，弯拉强度和弯拉强度增强率分别提 4.53% 和 37.47%。该现象可通过 CCF 与 GCF 的纵向肋性能差异解释：碳纤维的模量远高于玻璃纤维，因此 CCF 的应力扩散效果优于 GCF，可降低梁底应力，提升承载能力，从而提高破坏时的弯拉强度。

相同增强条件下，AC-13/AC-20 的弯拉强度和弯拉强度增强率均低于 AC-20/AC-25：CCF 增强条件下，面层组合体从 AC-13/AC-20 变为 AC-20/AC-25 时，弯拉强度和弯拉强度增强率分别提升 11.54% 和 33.33%。其原因可能在于面层组合体的主集料粒径与网格孔径尺寸的匹配性：AC-20/AC-25 的粗集料主要为 9.5 ~ 19 mm 粒径，AC-13/AC-20 的粗集料主要为 4.75 ~ 13.2 mm 粒径，9.5 ~ 19 mm 的集料颗粒尺寸与土工格栅的网格开孔尺寸相近，土工格栅肋条可约束集料颗粒的自由移动，从而消散低温收缩产生的温度应力。

3.2.2 土工格栅类型与面层组合体类型对最大弯拉应变的影响

不同土工格栅增强面层组合体破坏时的最大弯拉应变试验结果见图 7。试验结果表明，所有最大弯拉应变均大于 2800 με，符合国内公路沥青路面设计规范的要求；土工格栅增强试件的最大弯拉应变均大于未增强试件，表明碳纤维基土工格栅增强可提升最大弯拉应变，从而改善组合结构的韧性。

图7 最大弯拉应变试验结果

相同面层组合体条件下，GCF 的最大弯拉应变始终低于 CCF：AC-13/AC-20 工况下，土工格栅从 GCF 变为 CCF 时，最大弯拉应变提升 14.84%。该差异源于 CCF 与 GCF 的纵向肋特性差异：纵向肋在保持平面网格结构、提升横向肋弯曲刚度方面发挥关键作用，CCF 优异的纵向肋性能可避免网格几何变形，保持土工格栅的模量、刚度和界面粘结性，从而提升增强效率。

相同增强条件下，AC-13/AC-20 的最大弯拉应变始终低于 AC-20/AC-25：CCF 增强条件下，面层组合体从 AC-13/AC-20 变为 AC-20/AC-25 时，最大弯拉应变提升 27.58%。面层组合体内部的增强效果受层间模量比、级配、土工格栅类型、集料类型等多因素影响，当颗粒尺寸与网格尺寸匹配度较高时，嵌锁作用增强，应力扩散效果提升，从而改善低温抗裂性能。

3.3 层间剪切性能

3.3.1 土工格栅类型对层间抗剪强度的影响

不同土工格栅增强面层组合体的层间抗剪强度试验结果见图 8。试验结果表明，所有面层组合体工况下，CCF 的层间抗剪强度均优于 GCF，提升幅度为 13.94% ~ 28.14%。其原因可能在于玻璃纤维脆性大、耐磨性差，导致 GCF 性能较差，层间抗剪强度相对较低；而碳纤维柔韧性好、耐磨性高，CCF 可有效嵌入粗级配沥青混合料中，减少剪切加载过程中的磨损，形成牢固的层间粘结。

上述分析表明，CCF 和 GCF 的层间抗剪强度差异较小，因此从优化层间抗剪强度角度，CCF 和 GCF 可互换使用：若以性能为首要目标，推荐采用 CCF，在提升抗裂性能的同时实现最优层间抗剪强度；从经济性角度，推荐采用 GCF 作为层间增强材料。

图8 层间抗剪强度试验结果

土工格栅用作层间增强材料时会降低层间抗剪强度，土工格栅类型是影响因素之一，其中 GCF 的降低幅度大于CCF。该现象部分源于纵横向肋的特性差异，肋条会减小两层沥青混合料之间的有效接触 / 粘结范围。未增强试件的层间抗剪强度是 CCF 试件的 1.16~1.19 倍，是 GCF 试件的 1.31~1.52 倍，验证了土工格栅的强度降低效应。

该现象的原因是集料颗粒间的峰值摩擦角通常高于集料与土工格栅之间的峰值摩擦角，因此集料间的抗剪能力优于集料与土工格栅表面的抗剪能力。通过洛伊特纳剪切试验得到的无约束层间抗剪强度值为 260.81~373.10 kPa，处于现有研究报道的合理区间内，无显著差异，因此实际应用中土工格栅可提供符合要求的层间剪切性能。

3.3.2 面层组合体类型对层间抗剪强度的影响

试验结果还表明，所有土工格栅类型下，AC-13/AC-20 的层间抗剪强度均低于 AC-20/AC-25：未增强条件下，AC-13/AC-20 的层间抗剪强度比 AC-20/AC-25 低约 8%；增强条件下，AC-13/AC-20 的层间抗剪强度比 AC-20/AC-25 低约 11%~20%，表明土工格栅增强条件下面层组合体类型对层间抗剪强度有显著影响。

其原因在于：与 AC-20 和 AC-25 混合料相比，AC-13 和 AC-20 混合料的粗集料占比更低。由于级配和集料物理力学性能的差异，不同沥青混合料的层间纹理特征不同，AC-20/AC-25 的界面粗糙度最显著，为层间粘结提供了有利条件，促进了上下层之间的机械嵌锁与粘结，形成牢固的嵌锁结构，提升界面摩擦力。

此外现有研究表明，当土工格栅孔径尺寸与集料平均粒径的比值为 0.96~2.0 时，土工格栅 - 集料界面的嵌锁效应显著增强，从而提升层间抗剪强度。具体集料粒径范围的确定流程如下：首先计算土工格栅的等效粒径，其次根据现有研究确定初始集料粒径范围，最后结合实际集料级配修正并确定最终范围。本研究中土工格栅孔径尺寸为 25 mm，对应的集料粒径范围为 12.5~26 mm，结合实际级配，有效集料粒径范围为 13.2~26.5 mm。AC-13/AC-20 和 AC-20/AC-25 中该粒径范围的集料占比分别为 13% 和 28%，当该占比从 13% 提升至 28% 时，层间抗剪强度提升 8.5%~25.6%。因此选择碳纤维基土工格栅作为层间增强材料时，需保证集料级配与网格孔径尺寸的匹配性。

4. 结论

本研究通过车辙试验、低温弯曲破坏试验、Leutner剪切试验，研究了土工格栅类型和面层组合体类型对沥青路面结构高低温性能和层间剪切性能的影响，有助于提升碳纤维基土工格栅增强沥青路面的耐久性。

本研究中 GCF 增强的最大车辙深度是 CCF 增强的 1.08 倍；与 GCF 增强相比，CCF 增强的动稳定度提升12.80% ~ 13.74%，CCF 增强的抗车辙性能优于 GCF 增强。AC-13/AC-20 工况下，与 GCF 增强相比，CCF 增强的弯拉强度和弯拉强度增强率分别提升 4.53% 和 37.47%，CCF 增强的低温抗裂性能优于 GCF 增强。碳纤维基土工格栅增强会降低沥青面层组合体的层间剪切性能，但 CCF 增强的层间剪切性能优于 GCF 增强，提升幅度为 13.94%~28.14%；优化层间抗剪强度时，CCF 和 GCF 可互换使用，但需满足其他性能要求。研究中 AC-20/AC-25 的最大弯拉应变和动稳定度均高于 AC-13/AC-20，分别提升 27.58% 和 40.25%；增强条件下 AC-13/AC-20 的层间抗剪强度比 AC-20/AC-25 低约 11%~20%，面层组合体类型是影响增强型面层组合体高低温性能和层间剪切性能的重要因素。

本试验仅针对增强型面层组合体开展室内研究，聚焦其高低温性能和层间剪切性能，存在一定局限性。后续将开展以下研究：增强型面层组合体高低温性能和层间剪切行为的原位试验；碳纤维土工格栅尺寸、集料中特定粒径（13.2~26.5 mm）占比对面层组合体高低温性能和层间剪切性能的影响；增强型面层组合体的抗疲劳性能。