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        高彈改性瀝青應(yīng)力吸收層疲勞性能試驗(yàn)研究

        2021-09-10 05:47:46林雪花
        安家(建筑與工程) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:沖擊韌性

        林雪花

        摘要:對高彈改性應(yīng)力吸收層進(jìn)行瀝青和瀝青混合料兩個方面的疲勞試驗(yàn);采用G×sinδ疲勞因子和彈性恢復(fù)來評價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,延長道路的使用壽命。

        1 高彈瀝青疲勞性能

        美國SHRP研究成果表明,瀝青對疲勞的貢獻(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。采用動態(tài)剪切流變試驗(yàn)(DSR)得到的損失剪切模量G×sinδ和瀝青彈性恢復(fù)能力作為評價高彈改性瀝青疲勞性能的指標(biāo)。同時與70#基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青進(jìn)行比較來研究高彈改性瀝青。

        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,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)作為評價高彈改性瀝青疲勞性能的指標(biāo)。對高彈改性瀝青、70#基質(zhì)瀝青、SBS改性瀝青進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果見表1。

        1.2 高彈瀝青疲勞因子

        美國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改性瀝青動態(tài)剪切的掃描溫度。結(jié)果見表2。

        從表2可以看出,對于高彈改性瀝青,經(jīng)過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;集料某石場的花崗巖,混合料馬歇爾試驗(yàn)結(jié)果見表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

        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)過水洗篩分,在(105±5)℃烘干至恒重,逐級篩分并按級配要求嚴(yán)格配料。同時通過控制輪碾板高度來成型試件,這樣可以通過控制料重和輪碾板體積計算出毛體積相對密度,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個疲勞彎曲試件,然后根據(jù)∣實(shí)測值-平均值∣≤1.46倍標(biāo)準(zhǔn)差,判斷數(shù)據(jù)的有效性,將無效的數(shù)據(jù)點(diǎn)去除,再計算其平均值。

        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。亦說明高彈改性瀝青在同一應(yīng)變水平下不會比基質(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

        沖擊韌性試驗(yàn)是一種簡單易行的可用來評價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。需要注意的是整個過程須迅速完成,從恒溫水浴中取出試件到試驗(yàn)結(jié)束不能超過1min,盡量避免小梁從水浴中取出以后溫度發(fā)生改變;測定12組數(shù)據(jù),然后根據(jù)∣實(shí)測值-平均值∣≤2.03倍標(biāo)準(zhǔn)差,判斷數(shù)據(jù)的有效性,將無效的數(shù)據(jù)點(diǎn)去除,再計算其平均值。

        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)測定的疲勞壽命結(jié)果見表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。對于沖擊韌性,相對于SBS改性瀝青和70#基質(zhì)瀝青其可以提高1.5倍左右;對于四點(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)超過二者的疲勞壽命。但是也應(yīng)該注意到該試驗(yàn)只是針對于高速加鋪項(xiàng)目中遇到的瀝青種類進(jìn)行比較,至于對更廣泛的瀝青品種和級配類型,有待進(jìn)行更多的試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

        3 結(jié)語

        該文對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價指標(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價指標(biāo),同時對比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。

        揚(yáng)州潤揚(yáng)路面工程有限公司 江蘇 揚(yáng)州 225000

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