穆勇攀

摘要：在我國(guó)北方寒冷地區(qū)或南方部分地區(qū)遭遇突變天氣時(shí)，路面材料長(zhǎng)時(shí)間處于低溫冰凍狀態(tài)及溫度交替變化過程中，凍融損壞現(xiàn)象較為普遍。本文通過試驗(yàn)確定了室內(nèi)凍融循環(huán)試驗(yàn)方案，分析了凍融O次、5次、10次、15次、20次后瀝青混合料的空隙率、抗壓強(qiáng)度和凍融劈裂強(qiáng)度的變化規(guī)律。

關(guān)鍵詞：瀝青混合料；凍融循環(huán)；空隙率；抗壓強(qiáng)度；殘留穩(wěn)定度

引言

目前。瀝青路面的早期損害現(xiàn)象仍然十分嚴(yán)重。一般認(rèn)為疲勞開裂、車轍和低溫開裂是導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)破壞的最主要形式。這些損壞均與水、溫度的作用有直接關(guān)系。

有水條件下凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料陛能影響的實(shí)質(zhì)。一是由于水分侵蝕引起路面結(jié)構(gòu)與材料本身的損害：二是溫度交替變化頻繁。低溫開裂和因低溫引起的水分遷移積聚和凍結(jié)對(duì)瀝青混合料性能影響較為嚴(yán)重。

1.室內(nèi)試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)中所采用的瀝青為中海油泰州SBS（I-D）改性瀝青，其常規(guī)指標(biāo)如表1-1所示，其技術(shù)指標(biāo)滿足規(guī)范要求?；旌狭项愋蜑锳C-13型。礦料均采用石灰?guī)r碎石。

為縮短試驗(yàn)周期。短時(shí)間內(nèi)模擬出混合料受凍融循環(huán)的影響?？紤]到在凍融循環(huán)中低溫冰凍和溫度變化率是影響瀝青混合料性能的主要因素。因此將冰凍溫度設(shè)定為-20℃。融化溫度設(shè)定為60℃。為確定凍融時(shí)間及混合料內(nèi)部溫度變化率。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行了溫度測(cè)試。靜壓成型100xl00nml的圓柱體試件。在試件內(nèi)部中心位置預(yù)埋PT100溫度感應(yīng)器。先將恒溫箱恒溫至一20℃。然后將室溫下試件放人恒溫箱。約1.5小時(shí)后試件內(nèi)部溫度降至目標(biāo)溫度-20℃。繼續(xù)恒溫冰凍約4.5小時(shí)。即控制冰凍總時(shí)間6h；然后將試件移至60℃水浴箱中。經(jīng)過約30min后試件中心溫度升至60℃。繼續(xù)恒溫約3.5h。即控制水浴融化總時(shí)間約4h。至此1次凍融循環(huán)完成。

試驗(yàn)結(jié)果得出四組平行試驗(yàn)的結(jié)果較一致。將曲線斜率定義為在該環(huán)境下試件的溫度變化速率。通過曲線擬合可得降溫速率與升溫速率。所得溫度變化速率足以模擬實(shí)際中大幅度降溫或溫度驟降的變化速率。因此。凍融循環(huán)試驗(yàn)方法確定為：將標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試件飽水后。按上述凍融循環(huán)制度進(jìn)行反復(fù)凍融。本文中循環(huán)次數(shù)為0、5、10、15、20次。

2.空隙率變化分析

空隙率是影響路面性能的重要因素。直接影響瀝青路面質(zhì)量；根據(jù)公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程（JTJ052-2000），利用表干法測(cè)量了不同凍融次數(shù)后同個(gè)試件的密度大小。根據(jù)規(guī)程中的計(jì)算公式得出空隙率：當(dāng)凍融次數(shù)分別為0、5、10、15、20時(shí)：（1）1#試件對(duì)應(yīng)的空隙率分別為3.49、4.14、4.13、4.21、4.14；（2）2#試件對(duì)應(yīng)的空隙率分別為3.96、4.90、5.24、5.33、5.25；（3）3#試件對(duì)應(yīng)的空隙率分別為3.39、4.53、4.66、4.80、4.67；（4）4#試件對(duì)應(yīng)的空隙率分別為3.77、4.71、4.92、5.21、5.38：（5）5#試件對(duì)應(yīng)的空隙率分別為3.52、3.93、4.16、4.18、4.11；（6）6#試件對(duì)應(yīng)的空隙率分別為3.99、4.84、4.86、4.85、4.78。

由空隙率隨凍融循環(huán)次數(shù)變化曲線可以看出。在凍融次數(shù)小于10次時(shí)?？障堵蚀蟛糠衷鲩L(zhǎng)接近1%。增長(zhǎng)幅度約20%～25%；當(dāng)凍融次數(shù)大于10次時(shí)。空隙率變化趨勢(shì)較為平穩(wěn)。未隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而有明顯變化。在凍融初期空隙率變大的原因是：一是瀝青混合料是多相復(fù)合材料，各種材料的溫縮持性差異較大。在溫度變化時(shí)。各材料隨溫度升降而發(fā)生的體積縮脹不同。會(huì)使材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力而導(dǎo)致不均勻變形。從而使混合料空隙率變大。二是試件內(nèi)部本身存在較為薄弱的部位或是部分未連通的微小孔隙。在水分和凍融作用下。試件內(nèi)部薄弱部位松散或微小孔隙連通導(dǎo)致空隙率增大。

3.抗壓強(qiáng)度變化分析

根據(jù)試驗(yàn)規(guī)程對(duì)凍融循環(huán)后的試件進(jìn)行了抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。在本試驗(yàn)中。每一個(gè)凍融循環(huán)次數(shù)下，有效試件不小于3個(gè)。以平行試驗(yàn)測(cè)定值的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)公式計(jì)算出各個(gè)凍融次數(shù)后試件的抗壓強(qiáng)度，將試驗(yàn)結(jié)果列于如下：當(dāng)凍融次數(shù)分別為：0、5、10、15、20時(shí)；試驗(yàn)相對(duì)應(yīng)的試件數(shù)量分別為：7、3、3、3、3；變異系數(shù)cv（%）為：15.3、7.2、11.1、7.2、6.6；最大破壞荷載平均值24.76、19.87、18.57、14.73、14.5；抗壓強(qiáng)度平均值3.15、2.53、2.37、1.88、1.85。

由試驗(yàn)結(jié)果可看出。瀝青混合料抗壓強(qiáng)度隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加而下降。在凍融次數(shù)小于15次時(shí)?？箟簭?qiáng)度隨凍融次數(shù)的增加而明顯下降。但凍融次數(shù)大于15次后?？箟簭?qiáng)度又趨于穩(wěn)定。

4.水穩(wěn)定性

在本文中。先將瀝青混合料按前述凍融方法進(jìn)行0次、5次、10次凍融，然后在按照規(guī)定進(jìn)行穩(wěn)定度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如下：（1）試件1。穩(wěn)定度為13.413。浸水穩(wěn)定度為11.943，凍融5次后穩(wěn)定度為10.911。凍融10次后穩(wěn)定度為9.923；（2）試件2分別為13.413、11.943、10.911、9.923；（3）試件1和2的均值分別為13.413、11.943、10.911、9.923；（4）殘留穩(wěn)定度分別為95.9%、88.8%、82.0%；由試驗(yàn)結(jié)果可知，瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度隨著凍融次數(shù)的增加而減小。說明瀝青混合料的穩(wěn)定度受凍融影響明顯。凍融作用使得瀝青混合料的穩(wěn)定度減小。因此。凍融尤其是反復(fù)凍融作用會(huì)降低瀝青混合料的水穩(wěn)定性。