張智裕

(南陽通途公路勘察設計有限公司,河南 南陽 473000)

瀝青路面暴露在大氣環(huán)境中，長期經(jīng)受自然環(huán)境和車輛荷載的反復作用，使用性能逐漸衰減，致使瀝青路面出現(xiàn)各種早期破壞，其中低溫開裂是世界上寒冷地區(qū)最普遍存在的問題，裂縫一旦產(chǎn)生會誘發(fā)次生病害，造成巨大的經(jīng)濟損失。如何表征瀝青混合料的開裂是一直存在的問題，有研究表明：瀝青的低溫性能最終通過瀝青混合料的低溫使用性能體現(xiàn)，瀝青混合料的低溫性能主要體現(xiàn)在低溫松弛能力。瀝青用量和級配是影響瀝青混合料低溫性能的重要因素，然而采用不同的評價方法可能存在差異。本文通過室內(nèi)試驗，選擇AC-13、SMA-13兩種級配和不同瀝青用量下的瀝青混合料，采用低溫彎曲試驗、低溫劈裂試驗和凍斷試驗三種方法和多個指標評價其低溫抗裂性能，通過皮爾遜法對兩兩的評價直接進行相關性分析，得出瀝青用量和級配對低溫性能指標的敏感程度，這對預防和控制瀝青路面開裂具有重要作用。

1 試驗材料及方法

1.1 基質(zhì)瀝青

為了評價瀝青混合料的低溫性能指標的敏感性，選取國內(nèi)常用的SBS改性瀝青進行瀝青混合料的制備，基質(zhì)瀝青為SK90，SBS選用YH791，其嵌段比為30/70。單摻制備SBS改性瀝青的摻量為5%，其基本技術指標見表1。

表1 SK90和SBS基本物理性能

1.2 集料

集料為當?shù)厣a(chǎn)的石灰?guī)r，其技術指標滿足相應規(guī)范要求。

1.3 級配

考慮研究地域為寒冷地區(qū)，而且整個路面上面層受溫度影響最為嚴重，所以將面層的級配公稱粒徑選擇為13.2 mm 和16 mm，根據(jù)級配類型選擇了懸浮密實型AC-13 和骨架密實型(SMA-13)，各級配通過率采用規(guī)范中的中值。

1.4 試驗方法與指標

評價瀝青混合料的低溫性能是采用劈裂試驗、低溫小梁彎曲試驗和凍斷試驗三種常用試驗方法，分析各個指標對瀝青用量和級配的敏感性，從而確定能否指導瀝青混合料的設計。試驗中得到的評價指標分別為破壞拉伸應變、破壞拉伸強度、凍斷溫度和轉(zhuǎn)化點溫度，假設這些指標相聯(lián)系對瀝青用量和級配均敏感，這些評價方法不僅可用于評價瀝青混合料的低溫性能，還可以作為瀝青混合料設計的重要參數(shù)，以便推廣使用。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 劈裂試驗

不同油石比和級配下低溫劈裂試驗結(jié)果見表2所示，采用間接拉伸應變和間接拉伸強度對試驗結(jié)果進行評價，AC-13和SMA-13兩種瀝青混合料的間接拉伸強度分別在瀝青用量為4.8%和6.3%時達到了峰值，間接拉伸應變在瀝青用量分別為5.1%和6.3%。有文獻表明：兩個指標均出現(xiàn)了峰值，主要是隨著瀝青用量的增加結(jié)合瀝青達到飽和后，導致自由瀝青增加。對兩種混合料進行了統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，AC-13的F分布在0.05水平下的顯著性為2.86，SMA-13為3.24，均大于相應的F分布臨界值，則認為該因素影響顯著且敏感。而且破壞應變的影響水平高于破壞強度的水平，破壞應變從受力角度也表征了瀝青混合料的抗變形能力，可以作為評價瀝青混合料低溫性能的評價指標。

表2 AC-13和SMA-13低溫劈裂試驗的測試結(jié)果

2.2 小梁彎曲試驗

小梁彎曲試驗采用的平行試件為5個，試驗結(jié)果將最大值和最小值剔除后取三個試件的平均值，試驗結(jié)果見表3所示。對于AC-13瀝青混合料，當瀝青含量≥4.8%時，滿足規(guī)范要求；對于SMA-13，當瀝青含量≥6.3%時滿足規(guī)范要求。通過對兩種級配不同瀝青含量的瀝青含量進行單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，在0.05水平下的F值分別為3.06和3.49，均大于臨界值，說明瀝青用量對破壞應變這一指標的影響是顯著的。

表3 小梁彎曲試驗結(jié)果

2.3 凍斷試驗結(jié)果分析

凍斷試驗模擬的是路面降溫過程中溫度荷載下的力學影響，試驗時采用的平行試件數(shù)量為3個，有文獻顯示：不同瀝青和不同級配的凍斷試驗結(jié)果與低溫小梁彎曲破壞試驗相關性較好，通過權(quán)重系數(shù)法進行分析時，得出同樣的結(jié)果，而且凍斷溫度和轉(zhuǎn)化點溫度對低溫性能的貢獻程度不權(quán)重系數(shù)大小一致。凍斷試驗結(jié)果見表4所示，對于AC懸浮密實型結(jié)構(gòu)瀝青混合料，隨著瀝青用量的增加，凍斷溫度和轉(zhuǎn)化點溫度不同幅度的降低；對于SMA密實骨架型結(jié)構(gòu)，隨著瀝青含量的增加，凍斷溫度和轉(zhuǎn)化點溫度均降低，但是降低幅度均小于懸浮密實型結(jié)構(gòu)。歸結(jié)原因可能是，SMA的骨架密實結(jié)構(gòu)、纖維穩(wěn)定劑的作用，瀝青用量增加時瀝青膠漿對其造成干涉，減弱骨架效應，但骨架結(jié)構(gòu)可以顯著降低材料收縮而提高了凍斷溫度和轉(zhuǎn)化點溫度，僅靠瀝青含量增加來提高低溫性能效果有限，所以SMA-13型瀝青混合料的凍斷溫度和轉(zhuǎn)化點溫度先增高后降低。

再對凍斷試驗結(jié)果進行方差分析發(fā)現(xiàn)，AC-13和SMA-13在0.05水平下的F值分別為3.48和4.07，均大于F-分布的臨界值，瀝青用量對凍斷溫度和轉(zhuǎn)化點溫度都有顯著的影響。

表4 凍斷試驗結(jié)果

2.4 低溫性能評價指標的關系

評價瀝青混合料低溫性能的試驗方法較多，為了評價各評價指標的關系，采用皮爾遜相關系數(shù)法進行相關性分析，計算結(jié)果見表5所。皮爾遜系數(shù)的評價分為五個水平，系數(shù)越小，相關性越弱或不相關，其中0.8～1.0為極強相關，0.6～0.8為強相關，0.4～0.6為中等程度相關，表中出現(xiàn)的負值是由于凍斷溫度和轉(zhuǎn)化點溫度是負值所致， 總體表4中的數(shù)據(jù)均大于0.5，統(tǒng)計學上的顯著性檢驗中表明，各指標均顯著，顯著水平最低的是劈裂破壞應變與凍斷試驗指標，接近強相關水平。因此，通過兩兩相關的分析統(tǒng)計學上確定了，瀝青用量對低溫性能的影響具有一致性，而且凍斷試驗得到的兩個指標對每個指標也都具有明顯的相關性。對于常用的級配，SMA-13的低溫性能與各指標的相關性都屬于強相關。

表5 皮爾遜相關系數(shù)

3 結(jié) 論

通過三種試驗四個指標評價瀝青混合料的低溫性能，采用皮爾遜法對兩兩指標的相關性分析得出，瀝青用量對瀝青混合料低溫性能的影響非常顯著，而且，凍斷溫度和轉(zhuǎn)化點溫度指標不僅能夠用來評價瀝青混合料的低溫性能，還可用于指導瀝青混合料設計時最佳瀝青用量的確定。