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        內(nèi)部裂隙對瀝青路面力學(xué)性能和路用性能的影響分析

        2022-08-10 06:59:34何佼蓮
        交通科技與管理 2022年15期
        關(guān)鍵詞:勁度曲線圖車轍

        何佼蓮

        (貴州省公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001)

        0 引言

        瀝青路面的力學(xué)和路用性能受到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響,在實(shí)際工程中,由于瀝青混合料的離析等因素,會使其內(nèi)部出現(xiàn)裂隙,因此,研究其對路面結(jié)構(gòu)的影響,具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

        1 內(nèi)部裂隙對瀝青路面抗彎拉強(qiáng)度的影響

        1.1 試件制作及試驗(yàn)方法

        通過三點(diǎn)彎曲試驗(yàn),探討了不同裂隙對瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度的影響。

        (1)將不同體積的砂粒按技術(shù)要求采用錫箔包覆,制成正常工況下的車轍板試件,其內(nèi)部裂隙系數(shù)分別為0.5%、1%、1.5%、2%。

        (2)該文所用的瀝青是 SBS改性瀝青,試樣在成形48小時(shí)后進(jìn)行脫模,按三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)法測定其抗彎強(qiáng)度,每種工況分別選用3個(gè)小梁試件。

        (3)采集試驗(yàn)數(shù)據(jù),并將試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

        1.2 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)結(jié)果及分析

        按照規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后,三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

        根據(jù)表1中的數(shù)據(jù),繪制出彎拉強(qiáng)度隨內(nèi)部裂隙系數(shù)變化關(guān)系的曲線圖,如圖1所示。

        圖1 抗彎拉強(qiáng)度隨混合料內(nèi)部裂隙系數(shù)變化曲線

        表1 三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)

        通過對試驗(yàn)資料和圖象的分析,發(fā)現(xiàn)小梁試件的彎曲強(qiáng)度隨裂縫的增大而降低。

        隨著裂縫的增大,小梁結(jié)構(gòu)的抗彎拉強(qiáng)度降低的幅度呈增大趨勢。在混凝土中裂縫系數(shù)為2%的情況下,小梁的彎曲強(qiáng)度最大值為12.7%,其彎曲強(qiáng)度累計(jì)下降34.6%,表明裂縫對混凝土的彎曲強(qiáng)度影響較大,有很大的降低作用[2]。

        2 內(nèi)部裂隙對瀝青路面抗剪強(qiáng)度的影響

        2.1 試件制作及試驗(yàn)方法

        采用抗剪承載力測試方法,對混凝土路面的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了分析。

        (1)制備馬歇爾試件,在正常條件下,內(nèi)部裂隙系數(shù)分別設(shè)定0.5%、1%、1.5%、2%的馬歇爾試樣。

        (2)每種工況采用3組平行試驗(yàn),采集試驗(yàn)數(shù)據(jù),并將試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[3]。

        2.2 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果及分析

        按照規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后,剪切試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

        表2 剪切試驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)

        根據(jù)表2中的數(shù)據(jù),繪制出抗剪強(qiáng)度隨內(nèi)部裂隙系數(shù)變化關(guān)系的曲線圖,如圖2所示。

        圖2 抗剪強(qiáng)度隨混合料內(nèi)部裂隙系數(shù)變化曲線

        從試驗(yàn)資料和現(xiàn)場實(shí)物圖片可以看出,隨著裂縫的增大,試樣的剪切強(qiáng)度會降低,而裂縫的出現(xiàn)會削弱整體的剪切強(qiáng)度。

        在含裂縫的試件中,試樣的剪切強(qiáng)度降低4.0%,而在2%以內(nèi)部裂隙系數(shù)時(shí),最大值為8.5%,但此試件的剪切強(qiáng)度則降低20.5%。內(nèi)部裂隙在同一增加幅度下,內(nèi)部裂隙對其抗彎強(qiáng)度的影響較大,而對其抗剪強(qiáng)度的影響則相對較小。

        3 內(nèi)部裂隙對瀝青路面高溫穩(wěn)定性的影響

        3.1 試件制備及試驗(yàn)方案

        采用高溫車轍試驗(yàn)方法,對瀝青路面的高溫穩(wěn)定性能進(jìn)行了分析。

        (1)按試驗(yàn)要求,制作正常工況下車轍板試件,其內(nèi)部裂隙系數(shù)為0.5%、1%、1.5%、2%。

        (2)同一工況下至少平行試驗(yàn)3個(gè)試件,試驗(yàn)采用ZCZ-10型自動車轍試驗(yàn)儀[4]。

        3.2 車轍試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果及分析

        按照規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后,車轍試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

        表3 瀝青混合料車轍試驗(yàn)結(jié)果

        根據(jù)表3中的數(shù)據(jù),繪制出動穩(wěn)定度隨內(nèi)部裂隙系數(shù)變化關(guān)系的曲線圖,如圖3所示。

        圖3 動穩(wěn)定度隨混合料內(nèi)部裂隙系數(shù)變化曲線圖

        根據(jù)試驗(yàn)資料和影像資料的分析,發(fā)現(xiàn)當(dāng)內(nèi)部裂隙系數(shù)增加時(shí),瀝青混合料的動穩(wěn)定度會降低。在0%~1%的情況下,試樣的動穩(wěn)定度減小很小,而在1%以上的內(nèi)部裂隙系數(shù),則表現(xiàn)出更大的變化,試件的動穩(wěn)定度明顯下降。

        觀測圖像結(jié)果,聚合物內(nèi)部裂隙與試件的動穩(wěn)定性之間具有良好的線性關(guān)系,其相關(guān)系數(shù)為0.978,從而為研究裂縫對路面高溫穩(wěn)定性的影響提供了理論基礎(chǔ)。

        4 內(nèi)部裂隙對瀝青路面低溫抗裂性的影響

        4.1 試件制備及試驗(yàn)方案

        采用低溫彎曲試驗(yàn),探討了不同溫度下裂縫對瀝青路面的抗裂性能的影響[5]。

        (1)制作正常工況下,內(nèi)部裂隙系數(shù)為0.5%、1%、1.5%、2%的車轍板。

        (2)該文所選用的瀝青是 SBS改性瀝青,對其抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變、彎曲勁度模量、斷裂能等指標(biāo)進(jìn)行了分析,并對其進(jìn)行了研究。

        4.2 低溫彎曲試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果及分析

        按照規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后,試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

        表4 低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果

        根據(jù)表4中的數(shù)據(jù),繪制關(guān)系曲線圖,試件的抗彎拉強(qiáng)度變化曲線圖如圖4~6所示。

        圖4 抗彎拉強(qiáng)度隨混合料內(nèi)部裂隙系數(shù)變化曲線圖

        從測試數(shù)據(jù)和試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析圖4~6,可以看出:

        (1)從圖4中可以看出,由于內(nèi)部裂隙的持續(xù)增加,小梁試件的抗彎強(qiáng)度降低,而曲線坐標(biāo)擬合后,其內(nèi)部裂隙系數(shù)的方程為SB=?0.334 3λ2?1.445 4λ+12.399,通過此方程,可得出內(nèi)部裂隙與抗彎拉強(qiáng)度呈二次指數(shù)型的線性關(guān)系。

        (2)從圖5可知,由于內(nèi)部裂隙的持續(xù)增加,小梁試件的最大彎拉應(yīng)變值降低,曲線上的坐標(biāo)擬合,可以得出最大彎拉應(yīng)變與內(nèi)部裂隙系數(shù)之間的關(guān)系式為εB=-87λ2-50.7λ+3 002.6,由方程可知,內(nèi)部裂隙系數(shù)與彎拉強(qiáng)度呈二次指數(shù)關(guān)系。

        圖5 最大彎拉應(yīng)變隨混合料內(nèi)部裂隙系數(shù)變化曲線圖

        (3)通過對圖6的分析可知,相同的瀝青混合料,內(nèi)部裂隙越大,其彎曲勁度模量越低。內(nèi)部裂隙系數(shù)為在0.5%、1%、1.5%、2%時(shí),試件彎曲勁度模量比正常試件降低2.20%、7.79%、7.68%、5.01%。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,隨著裂縫系數(shù)的增加,試件的彎曲勁度模量減小的程度沒有顯著的規(guī)律性;由方程式可知,內(nèi)部裂隙系數(shù)和彎曲勁度模量之間存在著線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為平方R2=0.976 4,說明兩者之間存在著很高的相關(guān)性。

        圖6 彎曲勁度模量隨混合料內(nèi)部裂隙系數(shù)變化曲線圖

        (4)三幅圖象的綜合對比表明,內(nèi)部裂隙對試件的抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變影響較為明顯,而對試件勁度模量影響不大。

        5 結(jié)論

        綜上所述,該文著重探討了瀝青路面的內(nèi)部裂隙對其力學(xué)和道路使用性能的影響,主要研究結(jié)論如下:

        (1)小梁試件的彎拉強(qiáng)度隨裂縫的增加而降低;在相同的內(nèi)部裂隙增加幅度下,試件的抗彎拉強(qiáng)度降低程度呈逐步增加狀態(tài),而在2%以內(nèi)部裂隙系數(shù)時(shí),其抗彎拉強(qiáng)度的降低最大[6]。

        (2)抗剪試驗(yàn)結(jié)果顯示:整體抗剪強(qiáng)度隨著裂縫的增加而降低,但內(nèi)部裂隙對瀝青混凝土的抗彎強(qiáng)度影響較大;對抗剪強(qiáng)度的作用不明顯。

        (3)車轍試驗(yàn)結(jié)果顯示:內(nèi)部裂隙對高溫穩(wěn)定有一定的影響,且隨著裂縫的增加,其高溫穩(wěn)定性會逐漸降低。

        (4)低溫彎曲試驗(yàn)結(jié)果顯示:內(nèi)部裂隙對試樣的低溫抗裂性有一定的影響,且隨裂縫的增加低溫抗裂性逐漸降低。但內(nèi)部裂隙對試件的彎拉強(qiáng)度和最大彎拉應(yīng)變有顯著的影響,而對試件的勁度模量影響不大。

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