佘滿漢，鄧星鶴

(1.湖南科技學(xué)院，湖南永州 425100;2.廣東華路交通科技有限公司，廣東廣州 510550)

瀝青混合料在特定的氣候、荷載環(huán)境下抵抗車輛重復(fù)荷載而不開裂的能力稱之為疲勞性能。瀝青混合料是一種內(nèi)部不完全均勻的材料，在車輪荷載和氣候環(huán)境等的重復(fù)作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力集中使得混合料產(chǎn)生微裂隙，微裂隙的逐漸累積使得路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度呈降低趨勢，當(dāng)應(yīng)力超過路面結(jié)構(gòu)抗力時，路面出現(xiàn)疲勞裂縫，稱為疲勞斷裂。一般采用達(dá)到疲勞破壞時的疲勞強(qiáng)度(重復(fù)應(yīng)力的大小)和疲勞壽命(作用次數(shù))來表示瀝青混合料的抵抗疲勞破壞的能力。目前，國內(nèi)對廢舊瀝青混合料的再生研究主要集中在普通瀝青混合料和SBS改性瀝青混合料等，PE改性瀝青混合料再生的研究較少涉及，故本文通過試驗室模擬瀝青混合料的老化和再生，研究PE改性瀝青混合料的疲勞性能。

1 混合料組成設(shè)計

1.1 材料選擇和混合料設(shè)計

試驗采用的新拌PE改性瀝青混合料中瀝青是PE改性瀝青，集料選用的是用來自海南境內(nèi)的石灰?guī)r。級配選用AC－16，PE改性瀝青主要參數(shù)見表1，級配見圖1，最佳瀝青用量下的馬歇爾試驗結(jié)果和體積參數(shù)見表2。

表1 PE改性瀝青主要指標(biāo)試驗結(jié)果

表2 新拌PE改性瀝青混合料試驗結(jié)果

1.2 老化方法

短長期老化分別是用于模擬瀝青混合料施工過程中和路面使用過程中的老化，老化方法為《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTG E20－2001)》T 0734 －2000。

1.3 再生方案

舊料均為上述長期老化后的混合料;摻入的新混合料分別為道路A級70號瀝青混合料、PE改性瀝青混合料，新混合料的級配見圖1;再生劑為OP－1100(占舊瀝青質(zhì)量的20%左右)，舊瀝青的性能可以恢復(fù)到規(guī)范所規(guī)定的下限值;新混合料與舊混合料的質(zhì)量比為15∶85，再生劑與舊瀝青混合料質(zhì)量比為1∶100。

圖1 AC－16級配曲線

2 試驗設(shè)計

2.1 試件制備

試驗材料包括新拌PE改性瀝青混合料、長期老化后的PE改性瀝青混合料、再生混合料(用于再生的新料分別為70號瀝青混合料和PE改性瀝青混合料，新料與舊料的質(zhì)量比為15∶85，再生劑為OP－1100，摻量為1%)，按現(xiàn)行瀝青混合料試驗規(guī)程制作標(biāo)準(zhǔn)車轍板試件，然后切割成50 mm×50 mm×300 mm的小梁試件備用。

2.2 試驗設(shè)備

采用美國進(jìn)口的Material Test System-810進(jìn)行直接拉伸疲勞試驗，見圖2。

圖2 材料試驗系統(tǒng)Material Test System－810

2.3 試驗參數(shù)、荷載控制模式

加載波形和頻率:正弦波、10 Hz;應(yīng)力比:0.4、0.5、0.7，其對應(yīng)的應(yīng)力大小見表3;試驗的溫度:15℃;試驗結(jié)束準(zhǔn)則:試件破壞;養(yǎng)護(hù)條件:15℃的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)不低于6 h;荷載控制模式:應(yīng)力控制模式。

3 試驗結(jié)果

對4種不同的混合料進(jìn)行抗拉強(qiáng)度試驗，這是為了確定瀝青混合料在不同應(yīng)力水平值下的疲勞荷載大小，加載速率為5 mm/min，試驗結(jié)果見表3。

表3 混合料抗拉強(qiáng)度及各應(yīng)力水平下的應(yīng)力值

按上述不同應(yīng)力水平值下進(jìn)行小梁直接拉伸疲勞試驗，試驗結(jié)果見表4。

表4 直接拉伸疲勞試驗結(jié)果

4 試驗結(jié)果分析

傳統(tǒng)的疲勞力學(xué)響應(yīng)模型、耗散能疲勞模型和斷裂力學(xué)疲勞模型是瀝青混合料的3種疲勞模型，這分別對應(yīng)于不同的疲勞研究方法，其中較為常用的是前兩種疲勞模型，本論文采用傳統(tǒng)的疲勞力學(xué)響應(yīng)模型應(yīng)力－應(yīng)變模型分析。根據(jù)有關(guān)研究表明，下式可用來表示應(yīng)力水平σ、應(yīng)力比si與疲勞壽命Nf在雙對數(shù)坐標(biāo)上的線性關(guān)系。

公式中:K、n為試驗確定的回歸系數(shù);σ、si分別為應(yīng)力水平，MPa、應(yīng)力比;Nf為疲勞壽命，次。

式(1)、式(2)的區(qū)別只在于K值的不同，其擬合出來的冪次項基本上是相同的，本文采用公式(2)對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合的結(jié)果見表5，擬合曲線見圖3～圖6。

表5 直接拉伸疲勞方程擬合結(jié)果

混合料的疲勞性能是由方程中的回歸系數(shù)K與n來反映的。K值的大小可體現(xiàn)疲勞曲線線位的高低和反映混合料疲勞性能的優(yōu)劣;n值則表示雙對數(shù)坐標(biāo)下的疲勞曲線的斜率并且能體現(xiàn)疲勞壽命的敏感度。K值越大，則曲線的線位越高，材料的疲勞性能就越好;n值越大，疲勞曲線的斜率越大，體現(xiàn)為混合料的疲勞壽命對不同的應(yīng)力水平越敏感。

由表5中的擬合數(shù)據(jù)可得到以下結(jié)論:

1)K值的變化。

經(jīng)過長期老化以后的PE改性瀝青混合料，K值下降，舊料與新料K值的比值為1∶3.27，K值在混合料再生后又明顯增大，在此，70號瀝青再生混合料的K值小于PE改性瀝青再生混合料。從上文可知，K值越大，材料的疲勞性能就越好，所以只比較K值，可知PE改性瀝青再生混合料比70號瀝青再生混合料的疲勞性能更優(yōu)越。

圖3 新拌PE改性瀝青混合料疲勞方程擬合曲線

圖4 PE改性瀝青再生混合料疲勞方程擬合曲線

圖5 70號瀝青再生瀝青混合料疲勞方程擬合曲線

圖6 長期老化PE改性瀝青混合料疲勞方程擬合曲線

2)n值的變化。

n值的變化范圍在4.8～5.3之間，范圍不大，表明新拌、老化以及再生瀝青混合料的疲勞壽命在不同的應(yīng)力水平下的敏感性變化不大。

由圖3～圖7的擬合曲線可知:

在同一應(yīng)力的作用下，舊混合料的疲勞壽命比新混合料與再生混合料明顯要低，經(jīng)過再生以后的舊混合料的疲勞壽命有顯著提高，且PE改性瀝青再生混合料比70號瀝青再生混合料的疲勞性能更優(yōu)越。

圖7 各瀝青混合料疲勞方程擬合曲線

5 結(jié)論

1)得到新拌PE改性瀝青混合料、長期老化PE改性瀝青混合料、70號瀝青再生混合料、PE改性瀝青再生混合料的疲勞方程。

2)疲勞方程中，K值的大小表征疲勞曲線線位的高低，即疲勞性能的好壞，文中結(jié)果顯示4種混合料疲勞性能排序為:新拌PE改性瀝青混合料＞PE改性瀝青再生混合料＞70號瀝青再生混合料＞短長期老化后PE改性瀝青混合料，新拌PE改性瀝青混合料和PE改性瀝青再生混合料的疲勞性能較好。

3)老化對混合料疲勞壽命影響較大。

4)瀝青混合料的疲勞性能對于應(yīng)力水平的敏感性較小。

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