姚 晨 馬志新 楊志峰

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.新疆維吾爾自治區(qū)公路管理局葉城管理局，新疆 喀什 844900； 3.江西交通咨詢公司，江西 南昌 330025)

瀝青混合料蠕變特性試驗(yàn)研究★

姚 晨1馬志新2楊志峰3

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410004； 2.新疆維吾爾自治區(qū)公路管理局葉城管理局，新疆 喀什 844900； 3.江西交通咨詢公司，江西 南昌 330025)

針對(duì)五種瀝青混合料組成的瀝青路面結(jié)構(gòu)，采用三軸重復(fù)加載永久變形試驗(yàn)對(duì)瀝青混合料的流變特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，利用多元非線性回歸方式獲得基于Bailey-Norton模型的瀝青混合料的高溫蠕變參數(shù)，研究結(jié)果為瀝青路面結(jié)構(gòu)與材料的高溫變形設(shè)計(jì)提供理論支撐。

瀝青混合料，三軸重復(fù)加載試驗(yàn)，蠕變，參數(shù)

0 引言

我國(guó)瀝青路面發(fā)展至今，總里程數(shù)已躍居世界第一，然而高溫車轍病害始終存在于瀝青路面中[1-4]。為了解決瀝青路面高溫永久變形問題，各類瀝青改性劑，如SBS,SBR、巖瀝青等材料被廣泛應(yīng)用。而瀝青路面的永久變形與瀝青混合料的蠕變性能相關(guān)，本文以基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青、SBR改性瀝青、摻入煤瀝青的混合瀝青以及溫拌改性瀝青等5類瀝青結(jié)合料形成的瀝青混合料為研究對(duì)象，模擬荷載作用下瀝青路面永久變形行為，采用三軸剪切疲勞試驗(yàn)研究了瀝青混合料的剪切蠕變規(guī)律；基于時(shí)間硬化模型獲取材料的蠕變參數(shù)，研究結(jié)果對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)永久變形預(yù)估提供了可靠的材料參數(shù)，并得出了瀝青混合料的蠕變性能機(jī)理。

1 原材料

對(duì)5種瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)研究，級(jí)配采用AC-13C，集料為玄武巖礦料。瀝青結(jié)合料分別為：

1)90號(hào)石油瀝青；

2)“70%石油瀝青90號(hào)+30%煤瀝青”混合制備成的結(jié)合料；

3)“溫拌改性劑+70%石油瀝青90號(hào)+30%煤瀝青”混合制備的結(jié)合料；

4)“SBS+70%石油瀝青90號(hào)+30%煤瀝青”混合制備的結(jié)合料；

5)“SBR+70%石油瀝青90號(hào)+30%煤瀝青”混合制備的結(jié)合料。

按照馬歇爾設(shè)計(jì)規(guī)程對(duì)上述5種瀝青混合料進(jìn)行最佳油石比設(shè)計(jì)，瀝青混合料路用性能均滿足《公路工程瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)技術(shù)要求。

2 三軸重復(fù)加載永久變形試驗(yàn)

根據(jù)AASHTO320試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)三軸壓縮試驗(yàn)單次極限加載的方式進(jìn)行改進(jìn)，利用通用材料試驗(yàn)系統(tǒng)(UTM)進(jìn)行重復(fù)剪切加載，進(jìn)行三軸重復(fù)加載永久變形試驗(yàn)。試件選用高150 mm、直徑100 mm的圓柱形試件(φ100 mm×H150 mm)，試驗(yàn)溫度為60 ℃，加載圍壓為138 kPa。偏應(yīng)力為0.3 MPa/0.5 MPa/0.7 MPa或者0.5 MPa/0.7 MPa/0.9 MPa，具體根據(jù)試驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)確定，首先做0.5 MPa與0.7 MPa偏應(yīng)力的試驗(yàn)，而后再確定是采用0.3 MPa還是0.9 MPa進(jìn)行試驗(yàn)。加載波形為加載1 s、卸載1 s的方波。以加載5 000次或者試件完全發(fā)生剪切破壞、剪切應(yīng)變不再增加作為試驗(yàn)結(jié)束條件。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過上述三軸重復(fù)加載永久變形試驗(yàn)，可以得出5種瀝青混合料在不同加載力條件下的剪切永久變形與作用次數(shù)間的關(guān)系曲線，具體試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出：

1)瀝青混合料在荷載重復(fù)作用下，會(huì)出現(xiàn)3階段的變形規(guī)律，即迅速壓密的遷移期、變形線性增大的穩(wěn)定期和變形迅速發(fā)展的破壞期。

在同一溫度和應(yīng)力作用下，永久變形隨荷載作用次數(shù)的增加而增大，穩(wěn)定期永久應(yīng)變發(fā)展速率增大且破壞期會(huì)提前到來。在試驗(yàn)中，除90號(hào)石油瀝青混合料在0.7 MPa、溫拌混合瀝青混合料在0.5 MPa作用下試件出現(xiàn)反彎點(diǎn)外，絕大部分試驗(yàn)的永久變形曲線均未出現(xiàn)明顯的永久應(yīng)變變化率最小點(diǎn)，即仍處于穩(wěn)定期。

2)5種瀝青混合料在荷載作用次數(shù)的變化下，其永久應(yīng)變的變化規(guī)律基本一致，但瀝青原材料性能對(duì)混合料的永久應(yīng)變具有明顯影響。

在0.7 MPa偏應(yīng)力水平下，SBS改性混合瀝青混合料、SBR改性混合瀝青混合料、溫拌混合瀝青混合料要優(yōu)于混合瀝青混合料、90號(hào)石油瀝青混合料；在0.9 MPa偏應(yīng)力水平下，SBS改性混合瀝青混合料優(yōu)于SBR改性混合瀝青混合料和混合瀝青混合料。

4 材料高溫蠕變參數(shù)研究

瀝青混合料的流變特性可用蠕變模型進(jìn)行描述[5-9]，即材料的變形εc是與溫度T、應(yīng)力σ和時(shí)間t相關(guān)函數(shù)。在ABAQUS軟件中，材料高溫蠕變模型采用Bailey-Norton公式進(jìn)行表征，其表達(dá)式為[5]：

(1)

根據(jù)高溫剪切疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用Datafit軟件包進(jìn)行多元非線性回歸，獲得60 ℃下5類瀝青混合料的高溫蠕變參數(shù)如表1所示。

表1 不同瀝青混合料的非線性蠕變參數(shù)

5 結(jié)語

針對(duì)五類瀝青混合料，采用三軸重復(fù)荷載永久變形試驗(yàn)分別評(píng)價(jià)了混合料的高溫剪切性能，而后對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性回歸分析，得到了材料高溫蠕變參數(shù)。主要結(jié)論如下：

1)瀝青混合料在重復(fù)荷載作用下，會(huì)出現(xiàn)遷徙期(迅速壓密)、穩(wěn)定期(變形線性增大)和破壞期(變形迅速發(fā)展)三階段變形。

2)在五類瀝青混合料中，對(duì)于提高路面整體結(jié)構(gòu)的高溫抗車轍能力方面，性能最優(yōu)的為SBS改性混合瀝青混合料，余下依次為溫拌混合瀝青混合料>混合瀝青混合料>SBR改性混合瀝青混合料>90號(hào)石油瀝青混合料。

3)利用Bailey-Norton蠕變模型，回歸得出五類瀝青混合料的蠕變參數(shù)，為瀝青路面結(jié)構(gòu)永久變形預(yù)估提供了基礎(chǔ)參數(shù)。

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Performance evaluation of creep characteristic of asphalt mixes★

Yao Chen1Ma Zhixin2Yang Zhifeng3

(1.ChangshaUniversityofScience&Technology,Changsha410004,China;2.YechengDepartment,RoadAdministrationofXinjiangProvince,Kashi844900,China;3.JiangxiTransportConstructionCompany,Nanchang330025,China)

For different types of asphalt pavement structures combined with five asphalt mixes, the repeated triaxial shear tests were conducted to obtain the rheological characteristics of the five pavement materials firstly. And then, the creep parameters of pavement materials were fitted with nonlinear multi-regression based on Bailey-Norton model. The research findings provide technologies foundation for high temperature performance design of pavement structures and materials of steel deck pavement.

asphalt mixture, repeated triaxial shear test, creep, parameter

2015-02-27★：江西省交通廳科技項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：2011C0063)

姚 晨(1985- )，男，在讀工程碩士

1009-6825(2015)13-0121-02

U414.1

A