張洪瑞 （江蘇省徐州市公路管理處，江蘇 徐州 221000）

0 前言

低溫開裂是北方地區(qū)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計重點，裂縫產(chǎn)生后，水沿裂縫進入路面，車輛駛過將對路面形成沖刷力，將瀝青與骨料剝離，冬季易形成凍脹，瀝青混凝土將因水損害引發(fā)坑槽等系列病害。近年來，學(xué)者提出低溫彎曲試驗的彎曲應(yīng)變能密度指標，將彎曲破壞過程中試件的彎拉應(yīng)力和彎拉應(yīng)變綜合起來，從能量角度分析瀝青混凝土低溫開裂過程。

本研究對不同瀝青用量不同溫度條件下的AC-20F瀝青混凝土進行低溫彎曲試驗，通過低溫彎曲應(yīng)變能密度指標評價瀝青用量對瀝青混凝土低溫抗裂性能影響。

1 試驗方法

試驗采用SANS萬能試驗機，試件采用輪碾法成型，切割成尺寸為30mm×35mm×250mm的長方體混凝土小梁試件，在溫度為-10℃，恒定加載速率50mm/min。對試驗采集試件的抗彎強度、最大彎拉應(yīng)變數(shù)據(jù)進行擬合分析，通過彎曲應(yīng)變能密度指標評價瀝青混合料的低溫性能。

2 原材料性能

2.1 瀝青

選用克拉瑪依50基質(zhì)瀝青，常規(guī)試驗結(jié)果如表1所示。

克50號瀝青各項試驗結(jié)果 表1

2.2 集料及級配

集料選用花崗巖。

級配選用細型密級配瀝青混合料，AC-20，屬于懸浮-密實結(jié)構(gòu)。級配見表2。

選用級配各篩孔通過率 表2

2.3 最佳瀝青用量

由馬歇爾試驗得到瀝青混凝土最佳瀝青用量為：4.98%。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 溫度影響分析

選用同一瀝青用量（4.98%）同一級配（AC-20F）成型的瀝青混凝土分別在0℃、-10℃和-15℃3種溫度下進行彎曲破壞試驗，試驗結(jié)果如圖1～圖3所示。

圖1 不同試驗溫度條件下最大彎拉應(yīng)力

圖2 不同試驗溫度條件下最大彎拉應(yīng)變

圖3 不同試驗溫度條件下彎曲應(yīng)變能密度

圖1～圖3得出，0～-15℃范圍內(nèi)，隨著溫度降低，混凝土試件破壞時的彎拉應(yīng)力變大，且最大彎拉應(yīng)力增長速率下降；隨著溫度降低，混凝土試件破壞時的彎拉應(yīng)變和彎曲應(yīng)變能越小，且衰減幅度變緩。

分析原因為：該溫度區(qū)間內(nèi)，溫度下降，瀝青混凝土的勁度模量增加，試件彎曲破壞時的彎拉應(yīng)力增大；而瀝青粘結(jié)力增強，使得混合料的應(yīng)力松弛能力減弱，彎曲應(yīng)變變小，彎曲應(yīng)變能密度也變小，低溫抗開裂能力下降。

得出結(jié)論：溫度對瀝青混凝土低溫抗開裂性能影響較大，且溫度越低，低溫抗裂性能下降。

3.2 瀝青用量影響分析

選用同一級配（AC-20F），對瀝青用量分別為 3.7%、4.2%、4.7%、5.2%、5.7% 的瀝青混凝土在-10℃下進行低溫彎曲破壞試驗，試驗結(jié)果如圖4～圖6所示。

圖4 不同瀝青用量條件下最大彎拉應(yīng)力

圖5 不同瀝青用量條件下最大彎拉應(yīng)變

圖6 不同瀝青用量條件下彎曲應(yīng)變能密度

由圖得知，隨著瀝青用量增加，試件破壞時的最大彎拉應(yīng)力先增大后減小，最佳瀝青用量（4.98%）附近達到最大值。最大彎拉應(yīng)變和彎曲應(yīng)變能密度隨著瀝青用量增加而增加，但在最佳瀝青用量附近趨于穩(wěn)定。

從瀝青膠漿方面分析，瀝青與骨料之間粘結(jié)力隨著瀝青用量增加而提高，粘結(jié)力提高則瀝青混凝土強度增大；當瀝青用量過剩，則多余瀝青將阻止瀝青與骨料之間的粘結(jié)，混凝土強度降低。瀝青用量增加，瀝青混合料的柔性提高，彎曲破壞時的應(yīng)變增大。

從瀝青混凝土的應(yīng)力松弛和收縮應(yīng)力方面分析，瀝青混凝土的應(yīng)力松弛能力隨著瀝青用量增加而增強，但瀝青用量增加，收縮應(yīng)力也變大，兩者對瀝青混合料低溫抗裂性能的作用相互抵消。

綜上分析，瀝青用量增加有利于改善瀝青混凝土低溫抗裂性能，但超過最佳瀝青用量后，彎曲應(yīng)變能密度趨于穩(wěn)定，低溫抗裂性能提高有限。而且瀝青用量過多高溫抗車轍能力下降，因此，瀝青路面混凝土設(shè)計時要合理選取瀝青用量。

4 結(jié)語

①溫度對路面抗裂性能影響較大。0～-15℃范圍內(nèi)，隨著溫度降低，混凝土試件破壞時的彎拉應(yīng)力變大，且最大彎拉應(yīng)力增長速率下降；隨著溫度降低，混凝土試件破壞時的彎拉應(yīng)變和彎曲應(yīng)變能越小，且衰減幅度變緩。

②增加瀝青用量有利于瀝青混凝土低溫抗裂性能提高，但超過最佳瀝青用量后，彎曲應(yīng)變能密度趨于穩(wěn)定，對低溫抗裂性能改善有限。