瀝青混合料低溫蠕變性能研究.pdf

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1、瀝青混合料低溫蠕變性能研究王逸倉(cāng)王秉綱田康斌楊曉明王亞軍劉永祥李延華(西安公路交通大學(xué)公路工程學(xué)院710064)(內(nèi)蒙古交通設(shè)計(jì)院010000)摘要本文主要對(duì)瀝青混合料低溫開裂的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，進(jìn)行了不同溫度、不同混合料組成的瀝青混凝土小架低溫彎曲囊變?cè)囼?yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析研究了瀝青混臺(tái)料的低溫性能．探討了影響瀝青混合料低溫性能的因素。關(guān)t錒瀝青混合料低溫性能低沮彎曲蠕變低沮開裂低溫裂縫是寒冷地區(qū)瀝青路面的常見病害之一。其開裂形式有兩種，一種是低溫收縮裂縫，另一種是溫度疲勞裂縫。裂縫的出現(xiàn)是路況惡化的開始，隨著雨、雪、冰的入侵及反復(fù)的低溫作用，從裂縫中不斷進(jìn)入的水分使基層甚至

2、路基軟化導(dǎo)致路面的承載力下降，影響行車舒適性并使路面壽命降低，嚴(yán)重時(shí)道路會(huì)失去使用功能。因此研究路面低溫開裂規(guī)律已成為國(guó)內(nèi)外瀝青路面的重要研究?jī)?nèi)容之一。長(zhǎng)期以來(lái)瀝青面層低溫縮裂被認(rèn)為是材料問題，而瀝青混合料的勁度兔是可以反映瀝青路面低溫性能的一個(gè)基本指標(biāo)，加拿大的學(xué)者邁克勞特提出把瀝青混合料的勁度限制在一定較低范圍內(nèi)便可消除橫向裂縫，這種方法有一定的科學(xué)性，但只適用于一定經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi)。1966年加拿大的Hm和蹦∞根據(jù)溫度應(yīng)力與抗拉強(qiáng)度的平衡提出預(yù)估破裂溫度法。隨溫度下降，當(dāng)面層的收縮應(yīng)力d(T)累計(jì)達(dá)到極限強(qiáng)度[“]時(shí)，瀝青路面出現(xiàn)橫向裂縫，此時(shí)的溫度稱為低溫破裂溫度。雖然它能對(duì)瀝青混合

3、料低溫開裂的溫度做出預(yù)測(cè)，但大量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)證明，難以完全反映瀝青路面產(chǎn)生低溫開裂的程度。近年來(lái)，應(yīng)用松弛理論預(yù)測(cè)瀝青面層低溫開裂的方法，得到了普遍認(rèn)可。通常假設(shè)面層溫度均勻分布，將路面低溫縮裂條件描述為：巾∽=C椰珥(f'I)掣dtJ0u‘這一理論表明，溫度應(yīng)力口積累依賴于路面材料的收縮系數(shù)。、松弛彈性模量占，以及降溫速度。當(dāng)累積應(yīng)力一或應(yīng)變e超過(guò)材料容許應(yīng)力[一，]或應(yīng)變[e．]時(shí)，面層將開裂，因而收縮特性和梧弛能力是評(píng)價(jià)瀝青混合料低溫抗裂性能的熏要指標(biāo)。預(yù)估破裂溫度法和松弛理論都以低溫收縮應(yīng)力小于容許應(yīng)力為根據(jù)，上述判斷僅考慮了面層自身的收縮特性和粘彈性行為，具有較大的局限性。而能量

4、法是將路面結(jié)構(gòu)整體的熱物理性能和力學(xué)行為作為一個(gè)系統(tǒng)，依據(jù)粘彈性理論，用一維溫度應(yīng)力場(chǎng)有限元計(jì)算模式，按照能量翔斷瀝青路面相對(duì)低溫縮裂率的計(jì)算方法。它克服了預(yù)估破裂溫度法和松弛理論的缺263——]盯蠆五蕊罰甌垂r。_■點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。在具體試驗(yàn)方面，美國(guó)s}Ⅱ啦研究計(jì)劃中曾以溫度應(yīng)力試驗(yàn)、收縮系數(shù)試驗(yàn)、斷裂力學(xué)J一積分和c’—線積分試驗(yàn)4種試驗(yàn)作為研究瀝青路面低溫開裂問題的主要手段，，最后從眾多試驗(yàn)方法中篩選出溫度應(yīng)力試驗(yàn)作為評(píng)價(jià)瀝青混合料低溫抗裂性能的試驗(yàn)方法。我國(guó)在“八五”攻關(guān)專題中，提出了瀝青混合料低溫抗裂性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，瀝青混合料以O(shè)℃時(shí)的彎曲蠕變速率評(píng)價(jià)低溫抗裂性能，

5、并推薦了不同氣候區(qū)的蠕變速率標(biāo)準(zhǔn)(表1)，而且采用國(guó)內(nèi)自行研制的試驗(yàn)設(shè)備，進(jìn)行溫度應(yīng)力試驗(yàn)?！鞍宋濉睂ｊ賢識(shí)的兩青混臺(tái)料低置指標(biāo)表1<一37一21．5—一37一21．5一一37)一9年掇嗣量蠔氣基(℃)冬嚴(yán)搴區(qū)冬寒區(qū)冬冷區(qū)棗置區(qū)彎曲■變建辜1．OxlO一6O．75x10一‘0．5xlo一‘O．25xlO。6(occ．1_h，l／．)上述各類試驗(yàn)方法中，溫度應(yīng)力試驗(yàn)?zāi)軌蜉^好地模擬路面受低溫收縮破壞的過(guò)程，但這種試驗(yàn)設(shè)備昂貴，目前在國(guó)內(nèi)難以推廣。低溫彎曲蠕變?cè)囼?yàn)由于較容易實(shí)現(xiàn)，而且模擬低溫變形也較好，被我國(guó)“八五”專題推崇，因此，本文采用低溫彎曲蠕變?cè)囼?yàn)研究瀝青混合料的低溫性能。2材料與r

6、料般配2．1瀝青所用瀝青個(gè)別低溫指標(biāo)如下(表2)面青指標(biāo)表2針^度(O．1m)延度(—)當(dāng)量軟化點(diǎn)當(dāng)量臆點(diǎn)櫥青種類25℃15℃5℃15t10ac5℃O℃‰n2盤■lIO#拼．531．39．5>l∞硒．3150．66啦．29一12．742．2礦料級(jí)配試驗(yàn)選用的兩種礦料級(jí)配為：A)A016-I型和B)c．25．I型(表3)。礦料級(jí)配表3復(fù)配通過(guò)下列算孔尺寸(啪)的質(zhì)量百分比(％)類型3I．5筋．519．016”．29．54．乃2．361．博0．6O．3O．15O．075^1∞卯．5魁．5醴北．54l凹．52216lI6B1∞卿．5啦57l岔534233．5為1913953．1蠕變機(jī)理材料在

7、恒定靜載作用下，變形隨時(shí)間而增大的過(guò)程稱為蠕變。它是由材料的分子和原子的重新訶整而引起的。大量研究表明瀝青混合料是一種粘彈塑性材料，其流動(dòng)規(guī)律是應(yīng)力、應(yīng)變、時(shí)間的函數(shù)。在低溫時(shí)，蟠變能夠反映瀝青混合料的低溫變形能力。通過(guò)低溫彎曲蠕變?cè)囼?yàn)可以得勇兩個(gè)重要的指標(biāo)：一個(gè)是不同時(shí)期的彎曲蠕變勁度模量或其髑數(shù)彎曲蠕變?nèi)崃?，另—個(gè)是蠕變穩(wěn)定期的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速率，因而可以較為直觀地定量評(píng)價(jià)瀝青混合料的變形特性。在低溫條件下，瀝青混合料的蠕變勁度越小，即蠕變?nèi)崃看?/p>