田 平,趙 備,張 蘭

(1.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,石家莊 050091;2.京港澳高速公路石安改擴(kuò)建籌建處,河北邢臺(tái) 054000;3.唐山市交通運(yùn)輸局,河北 唐山 063000)

瀝青路面抗疲勞試驗(yàn)有應(yīng)力和應(yīng)變兩種主要控制模式,應(yīng)變控制模式疲勞試驗(yàn)方法大部分用于國(guó)外,應(yīng)力控制模式則是常用于國(guó)內(nèi)的試驗(yàn)方法。應(yīng)變控制疲勞試驗(yàn)測(cè)得的瀝青混合料的應(yīng)力應(yīng)變曲線行態(tài)與瀝青路面的受力狀態(tài)更加吻合。因此,采用應(yīng)變控制試驗(yàn)?zāi)Ｊ降膹澢谠囼?yàn)方法,對(duì)瀝青混合料抗疲勞性能的研究,是最符合瀝青路面實(shí)際情況。

1 抗疲勞性能試驗(yàn)

圖1 應(yīng)變控制疲勞試驗(yàn)設(shè)備圖 (a)及模型示意圖 (b)

針對(duì)不同摻量玄武巖纖維的瀝青混合料的抗疲勞性能試驗(yàn),一般選用高、中、低三個(gè)應(yīng)變指標(biāo)在UTM試驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn),每個(gè)應(yīng)變指標(biāo)進(jìn)行3個(gè)平行試件?？蛊谠囼?yàn)設(shè)備見(jiàn)圖1(a),模型見(jiàn)圖1(b)所示。試驗(yàn)條件為常溫,玄武巖纖維瀝青混合料表現(xiàn)出的粘彈性尤為顯著。疲勞試驗(yàn)采用應(yīng)變控制方法,試件斷裂破壞現(xiàn)象一般不會(huì)明顯出現(xiàn),瀝青混合料疲勞損壞標(biāo)準(zhǔn)一般以勁度下降到初始勁度的50%或更低時(shí)為標(biāo)準(zhǔn),本研究中的瀝青混合料疲勞試驗(yàn)所采用的勁度標(biāo)準(zhǔn)是以下降到初始勁度的50%時(shí)結(jié)束的。

2 疲勞試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)加纖維的瀝青混合料在同應(yīng)變水平下的疲勞壽命較長(zhǎng),疲勞試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1和圖2所示。

表1 疲勞試驗(yàn)結(jié)果

圖2 應(yīng)變水平與疲勞壽命(a)、總能耗(b)的回歸曲線

由此可知：

(1)應(yīng)變水平與疲勞壽命及累計(jì)能耗呈良好的雙對(duì)數(shù)線性關(guān)系,可用疲勞方程表示。

(2)累計(jì)能耗的變異系數(shù)比疲勞壽命的變異系數(shù)小,表明累計(jì)能耗值較疲勞壽命穩(wěn)定,以累計(jì)能耗指標(biāo)評(píng)價(jià)疲勞性能更合理。

(3)在其它環(huán)境條件相同時(shí),玄武巖纖維瀝青混合料的彈性模量越小,試件在應(yīng)變不變的前提下承受荷載產(chǎn)生的抗疲勞應(yīng)力越小,瀝青混凝土路面抗疲勞壽命就越長(zhǎng)。

(4)在瀝青混合料中摻加玄武巖纖維可以大大提高其抗疲勞性能。1000μ ε應(yīng)變水平下,聚酯纖維瀝青混合料的疲勞性能為無(wú)纖維瀝青混合料的1.83倍,玄武巖纖維瀝青混合料疲勞性能為無(wú)纖維瀝青混合料的2.71倍。

3 疲勞性能評(píng)價(jià)

玄武巖纖維瀝青混合料是一種粘彈性材料,其彈性模量與外界溫度有關(guān),不是一個(gè)恒定值,由于它的影響,實(shí)際工程中所測(cè)得的應(yīng)力的精確度比較差。所以,采用應(yīng)力控制方法進(jìn)行的疲勞試驗(yàn),測(cè)出的混合料的彎拉應(yīng)力與疲勞應(yīng)力之間的關(guān)系曲線狀態(tài)還需要進(jìn)一步改進(jìn)。而采用應(yīng)變控制模式進(jìn)行的抗疲勞試驗(yàn),所得出的試驗(yàn)數(shù)值可直接評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗疲勞性能的優(yōu)劣。

研究表明,在瀝青混合料中加入玄武巖纖維,起到 “增彈”、“增韌”及 “增強(qiáng)”作用。在高溫條件下表現(xiàn)出較好的彈性性質(zhì),增大彈性變形、延遲彈性變形,減小不可逆的永久變形;在低溫條件下表現(xiàn)出較好的柔韌性,減小低溫開(kāi)裂可能性;常溫時(shí)具有異常突出的抗沖擊能力和疲勞耐久性能。玄武巖纖維明顯改善了瀝青混合料的路用性能,尤其在高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和疲勞性能方面,效果極為顯著,與不加纖維的瀝青混合料相比,高低溫性能提高幅度各約80%,疲勞壽命提高了170%。

[1]張肖寧.瀝青與瀝青混合料的粘彈性力學(xué)原理及應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社,2006.

[2]黃衛(wèi),鄧學(xué)鈞,C.L.Monismith.能量方法分析瀝青混合料的疲勞特性[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),1994,7(3)：23-28.

[3]JTG E50-2006,公路工程土工合成材料試驗(yàn)規(guī)程[S].