林雪花

摘要：對(duì)高彈改性應(yīng)力吸收層進(jìn)行瀝青和瀝青混合料兩個(gè)方面的疲勞試驗(yàn);采用G×sinδ疲勞因子和彈性恢復(fù)來(lái)評(píng)價(jià)高彈改性瀝青的抗疲勞性能;采用沖擊韌性試驗(yàn)和四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證混合料的抗疲勞性能，發(fā)現(xiàn)二者之間具有良好的相關(guān)性;同時(shí)將高彈改性瀝青的各項(xiàng)疲勞指標(biāo)和70#基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青進(jìn)行比較，結(jié)果表明：高彈改性瀝青具有出色的抗疲勞能力，可有效減少和延緩瀝青加鋪層反射裂縫的發(fā)生，延長(zhǎng)路面的使用壽命。

關(guān)鍵詞：高彈改性瀝青;應(yīng)力吸收層;沖擊韌性;四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)

舊水泥混凝土路面加鋪一直是道路領(lǐng)域中未能很好解決的問(wèn)題。由于舊的水泥混凝土路面強(qiáng)度高，剛度大，在其上加鋪瀝青面層后，由于對(duì)水泥混凝土的病害如裂縫、斷板等處理不當(dāng)，在車輛荷載的作用下，下層的裂縫就會(huì)很快出現(xiàn)在瀝青面層;大量工程實(shí)例證明，盲目地增加加鋪層的厚度并不能從根本上解決裂縫的問(wèn)題。而高彈改性瀝青具有良好的彈性恢復(fù)和抗疲勞能力，工程應(yīng)用中，在水泥路面和瀝青加鋪層間設(shè)置高彈應(yīng)力吸收層，可以有效減緩反射裂縫的發(fā)展和發(fā)生，延長(zhǎng)道路的使用壽命。

1 高彈瀝青疲勞性能

美國(guó)SHRP研究成果表明，瀝青對(duì)疲勞的貢獻(xiàn)率為52%，因此，瀝青性能的好壞直接決定了應(yīng)力吸收層性能。采用動(dòng)態(tài)剪切流變?cè)囼?yàn)（DSR）得到的損失剪切模量G×sinδ和瀝青彈性恢復(fù)能力作為評(píng)價(jià)高彈改性瀝青疲勞性能的指標(biāo)。同時(shí)與70#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青進(jìn)行比較來(lái)研究高彈改性瀝青。

1.1 高彈瀝青彈性恢復(fù)

3min的彈性恢復(fù)與沖擊韌性試驗(yàn)有很好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)可以達(dá)到0.9966，同時(shí)，沖擊韌性試驗(yàn)與疲勞壽命有很好的相關(guān)性，因此，瀝青的彈性恢復(fù)與疲勞壽命有很好的相關(guān)性，可以采用3min彈性恢復(fù)作為評(píng)價(jià)高彈改性瀝青疲勞性能的指標(biāo)。對(duì)高彈改性瀝青、70#基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

1.2 高彈瀝青疲勞因子

美國(guó)SHRP瀝青路用性能規(guī)范中采用損失剪切模量G×sinδ作為研究瀝青疲勞性能的指標(biāo)，較小的G×sinδ數(shù)值代表較好的疲勞性能。JTG D50-2006《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》中瀝青面層的容許拉應(yīng)力指標(biāo)采用15℃疲勞試驗(yàn)的參考值，同時(shí)也為了和瀝青混合料試驗(yàn)采用的溫度一致，選擇15℃作為高彈瀝青、70#基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青動(dòng)態(tài)剪切的掃描溫度。結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可以看出，對(duì)于高彈改性瀝青，經(jīng)過(guò)RT-FOT老化后，其G×sinδ要小于SBS改性瀝青和70#基質(zhì)瀝青，這表明高彈瀝青的抗疲勞性能較好。

2 高彈改性瀝青混合料疲勞性能試驗(yàn)

2.1 瀝青混合料配比

試驗(yàn)瀝青材料采用一種高彈改性瀝青，AH-70#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青;集料某石場(chǎng)的花崗巖，混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。按馬歇爾方法確定應(yīng)力吸收層最佳油石比為9%，考慮到應(yīng)力吸收層的油石比較高，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型試件。

2.2 四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

一般制作的疲勞試件因?yàn)殡y以準(zhǔn)確控制試件的空隙率，試件的制作質(zhì)量得不到保證。試驗(yàn)采用的集料均經(jīng)過(guò)水洗篩分，在（105±5）℃烘干至恒重，逐級(jí)篩分并按級(jí)配要求嚴(yán)格配料。同時(shí)通過(guò)控制輪碾板高度來(lái)成型試件，這樣可以通過(guò)控制料重和輪碾板體積計(jì)算出毛體積相對(duì)密度，從而換算出空隙率，得到比較準(zhǔn)確的控制。采用芬蘭生產(chǎn)的振動(dòng)輪碾成型設(shè)備碾壓出尺寸為400mm×300 mm×75 mm的試件，然后切割成385 mm×65 mm×50 mm的標(biāo)準(zhǔn)四點(diǎn)彎曲小梁。試驗(yàn)采用應(yīng)變控制方式，高彈瀝青采用應(yīng)變水平為2000με;加載采用正弦波，試驗(yàn)頻率為10Hz;試驗(yàn)溫度為15℃;試驗(yàn)破壞準(zhǔn)則：初始勁度模量50%為破壞臨界點(diǎn)。制作4個(gè)疲勞彎曲試件，然后根據(jù)∣實(shí)測(cè)值-平均值∣≤1.46倍標(biāo)準(zhǔn)差，判斷數(shù)據(jù)的有效性，將無(wú)效的數(shù)據(jù)點(diǎn)去除，再計(jì)算其平均值。

2.2.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

3種瀝青混合料試件試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。從表4可以看出，高彈瀝青的疲勞壽命即使在2000με的應(yīng)變水平下，仍然要比70#基質(zhì)瀝青在200με應(yīng)變水平下的疲勞壽命高2.5倍，比600με應(yīng)變水平的疲勞壽命高40.9倍。是SBS改性瀝青600με應(yīng)變水平下的疲勞壽命的3.03倍，由此可知，高彈改性瀝青在小應(yīng)變水平下的疲勞壽命比基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青表現(xiàn)得更好。亦說(shuō)明高彈改性瀝青在同一應(yīng)變水平下不會(huì)比基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青先損壞。

2.3 沖擊韌性疲勞試驗(yàn)

2.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

沖擊韌性試驗(yàn)是一種簡(jiǎn)單易行的可用來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混凝土抵抗反射裂縫能力的試驗(yàn)方法。選用目前常用的混合料類型，通過(guò)進(jìn)行大量試驗(yàn)論證得出沖擊韌性與疲勞壽命之間具有很好的相關(guān)性;即可以使用沖擊韌性來(lái)反映混合料的疲勞壽命。應(yīng)用輪輾成型法制作30cm×30cm×5cm 的瀝青混合料試件，然后將成型好的試件切割成25cm×3.5 cm×3.5 cm的小梁，將制作好的瀝青混凝土棱柱體試件放置于已達(dá)規(guī)定溫度的恒溫水槽中養(yǎng)護(hù)2-4h。調(diào)整壓力機(jī)，設(shè)定加載速率為500mm/min;將小梁從水浴中取出，做三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)至試件斷裂。需要注意的是整個(gè)過(guò)程須迅速完成，從恒溫水浴中取出試件到試驗(yàn)結(jié)束不能超過(guò)1min，盡量避免小梁從水浴中取出以后溫度發(fā)生改變;測(cè)定12組數(shù)據(jù)，然后根據(jù)∣實(shí)測(cè)值-平均值∣≤2.03倍標(biāo)準(zhǔn)差，判斷數(shù)據(jù)的有效性，將無(wú)效的數(shù)據(jù)點(diǎn)去除，再計(jì)算其平均值。

2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

沖擊韌性試驗(yàn)結(jié)果結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5可以看出，高彈改性瀝青混合料的沖擊韌性遠(yuǎn)大于SBS改性瀝青和70#瀝青，分別是二者的1.5和2.23倍。反映出高彈改性瀝青較SBS改性瀝青和70#基質(zhì)瀝青具有良好的抗疲勞性能。

2.4 彎曲試驗(yàn)與沖擊韌性試驗(yàn)結(jié)果分析

瀝青混合料沖擊韌性試驗(yàn)與四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)測(cè)定的疲勞壽命結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：高彈改性瀝青比基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青具有更好的抗疲勞能力。對(duì)于沖擊韌性，相對(duì)于SBS改性瀝青和70#基質(zhì)瀝青其可以提高1.5倍左右;對(duì)于四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)，在施加大于SBS和70#基質(zhì)瀝青所施加的應(yīng)力水平下仍能表現(xiàn)出遠(yuǎn)超過(guò)二者的疲勞壽命。但是也應(yīng)該注意到該試驗(yàn)只是針對(duì)于高速加鋪?lái)?xiàng)目中遇到的瀝青種類進(jìn)行比較，至于對(duì)更廣泛的瀝青品種和級(jí)配類型，有待進(jìn)行更多的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

3 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)高彈瀝青和瀝青混合料分別進(jìn)行了疲勞試驗(yàn)，選用美國(guó)SHRP成果中的疲勞因子G×sinδ和3min彈性恢復(fù)作為高彈瀝青疲勞性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，選用四點(diǎn)彎曲和沖擊韌性試驗(yàn)作為高彈瀝青混合料疲勞性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，同時(shí)對(duì)比70#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青，充分展現(xiàn)高彈瀝青良好的抗疲勞性能。在高速公路舊路面加鋪瀝青層項(xiàng)目中，使用該類型應(yīng)力吸收層，收到了良好的效果。

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