不同試驗方法的瀝青混合料強度特性

黃拓，鄭健龍

HUANG Tuo, ZHENG Jianlong

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不同試驗方法的瀝青混合料強度特性

黃拓，鄭健龍

(長沙理工大學 交通運輸工程學院，公路工程教育部重點實驗室，湖南 長沙，410004)

為了研究瀝青混合料彎曲試驗、直接拉伸試驗和劈裂試驗的拉應變破壞原因，采用不同試驗方法對瀝青混合料強度特性進行研究，得到瀝青混合料強度、破壞應變和臨界應變能密度參數隨加載速度的變化規律。研究結果表明：瀝青混合料強度和臨界應變能密度隨加載速度的增大而增大；以極限承載能力作為破壞準則，導致在強度參數取值時存在隨意性問題，影響路面結構設計的科學性；拉應變是導致瀝青混合料發生破壞的主因；以主拉應變作為破壞準則，可以通過加載速度統一不同試驗方法的各個力學參數，解決瀝青混合料強度的不確定性問題和破壞原因不明的問題。

瀝青混合料；強度特性；主拉應變；破壞準則

瀝青混合料因具有抗滑、耐磨、柔韌、可再生利用、施工與養護維修方便、開放交通快等特點被廣泛用作現代公路的路面材料[1]。至2015年底，我國已建成通車的高速公路突破了12.35萬km，居世界第1位，其中90%以上為瀝青路面。但從近年來已投入運營的瀝青路面使用狀況看，許多瀝青路面結構未達到設計壽命便出現不同程度的病害，造成了巨大的經濟損失和不良的社會影響。在研究路面破損時，一次荷載作用下的強度問題是各種破壞問題研究的基礎[2?4]。瀝青混合料的強度性質十分復雜[5?8]：1) 瀝青混合料的黏彈性特性導致強度的速度相關性與溫度相關性；2) 壓力成型的特點導致瀝青混合料拉、壓性質的差異性，并使得強度隨應力狀態的不同而變化；3) 不同試驗方法得到的強度因應力狀態的不同而變化，表現出強度不確定性。即便是廣泛應用的彎曲試驗、直接拉伸試驗和劈裂試驗，也存在破壞原因不明的問題。上述試驗條件和受力狀態不同，所得到的強度和剛度指標完全不同[9?14]，很少有研究者從強度理論的角度研究這些破壞之間的內在聯系與規律。針對上述問題，本文作者進行不同加載速度下的彎曲試驗、直接拉伸試驗和劈裂試驗，得到瀝青混合料強度、破壞應變和臨界應變能密度隨加載速度的變化規律，提出瀝青混合料的拉應變破壞準則。

1 試驗材料與配合比設計

選用細粒式瀝青混合料AC-13C作為研究對象。膠結料為SBS改性瀝青，集料為玄武巖。礦料級配見表1，馬歇爾試驗確定最佳油石比(即瀝青混合料中瀝青質量與礦料質量之比)為5.2%，最佳油石比條件下的試驗結果見表2。

表1 AC-13C密級配瀝青混合料礦料級配

2 不同試驗方法的瀝青混合料強度特性

分別采用10，50，100，200，400和1 000 N/s的加載速度，在MTS材料試驗機上進行瀝青混合料彎曲試驗、直接拉伸試驗和劈裂試驗，然后根據強度計算公式進行換算。試驗溫度為15 ℃。

2.1 彎曲試驗

式中：B為彎拉強度，MPa；B為破壞荷載，N；和分別為試件跨中斷面的高度和寬度，mm；為跨中撓度，mm；為跨徑，mm；1為彎拉破壞應變，10?6。應變能密度函數d/d的計算公式為

式中：和分別為應力分量和應變分量；max為破壞應變即臨界應變；材料破壞時的d/d為臨界應變能密度，通過試驗曲線下方的包絡線面積確定[15?16]。不同加載速度的彎拉試驗曲線見圖1，試驗結果見表3。彎拉強度與加載速度的函數關系為

其中：B為彎拉強度，MPa；為加載速度，Pa/s。彎拉破壞應變1隨加載速度的增大而逐漸減小，臨界應變能密度與加載速度無顯著關系。