大粒徑瀝青碎石柔性基層的力學性能分析

徐 偉 徐明源

(1.浙江大學交通工程研究所，浙江 杭州 310058； 2.杭州市拱墅區市政園林管理所，浙江 杭州 310005)

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大粒徑瀝青碎石柔性基層的力學性能分析

徐 偉1徐明源2

(1.浙江大學交通工程研究所，浙江 杭州 310058； 2.杭州市拱墅區市政園林管理所，浙江 杭州 310005)

針對城市道路養護維修的現狀，采用馬歇爾試件，通過試驗研究了大粒徑瀝青碎石基層的力學性能，并與傳統的水泥穩定碎石基層作了對比，試驗結果表明：大粒徑瀝青碎石基層的抗壓回彈模量與劈裂抗拉強度均比水泥穩定碎石基層的高。

大粒徑瀝青碎石，抗壓回彈模量，劈裂抗拉強度，馬歇爾試件

近年來，隨著城市道路服務年限的增加、城市汽車保有量的增長、車輛大型化的趨勢以及人們對道路服務水平要求的不斷提高，城市道路的養護維修成為亟需解決的一個重要問題。施工速度快、對交通影響小是城市道路養護維修的基本要求，與傳統的無機結合料穩定基層相比，大粒徑瀝青碎石柔性基層具有工藝簡單、前后各工序銜接緊密、結構層早期強度上升快、施工后無需養護方可立即開放交通等優點。大粒徑瀝青碎石混合料(Large Stone Asphalt Mixes，簡稱LSAM)是指瀝青混合料中礦料的最大公稱粒徑為25 mm～63 mm，它起初出現的目的是為了應對重載交通。本文以課題組前期研究為基礎，對大粒徑瀝青碎石柔性基層的抗壓強度和抗拉強度進行試驗研究，并與水泥穩定碎石基層的抗壓強度和抗拉強度對比分析。

1 研究概況

國內對大粒徑瀝青穩定碎石柔性基層已經有了一部分的研究。東南大學楊群[1]從設計角度對瀝青穩定碎石基層進行了研究，完善了適用于我國高速公路實際情況的瀝青穩定碎石柔性基層的質量控制指標，提出了瀝青穩定基層混合料的組成設計方法。長安大學袁宏偉[2]通過對瀝青穩定碎石基層材料的研究，證明了瀝青穩定碎石路面的低溫抗裂性能優于半剛性基層瀝青路面。東南大學的陸長兵[3]通過不同級配、不同公稱最大粒徑的車轍試驗，表明LSAM具有良好的高溫抗永久變形性能。

2 試驗設計

課題組前期對水泥穩定碎石不同齡期(6 h，12 h，24 h，48 h和72 h)的抗拉回彈模量和間接抗拉強度已進行過專題研究，本文將直接引用試驗結果，只進行大粒徑瀝青碎石柔性基層的試驗，并與之對比分析。

在材料、試驗儀器、試驗方法、試驗環境等選擇時力爭做到相同或相近，減少試驗過程引起的誤差，增強試驗的可比性。每種工況下取3個平行試件，試驗結果取其平均值。

2.1 試件尺寸選擇

根據美國NCHRP和NCAT的研究成果，試件的最小尺寸不得小于集料最大公稱粒徑的4倍(NCHRP REPORT,2000)，參照JTG D50—2006公路瀝青路面設計規范[4]中“公稱最大粒徑等于或大于26.5 mm的大粒徑瀝青碎石混合料宜采用大型馬歇爾試件進行試驗，其試件尺寸為152 mm×95.3 mm”的規格，本試驗采用152 mm×95.3 mm的大型馬歇爾試件。

2.2 加載過程

抗壓回彈模量采用單軸壓縮試驗(圓柱體法)測定(如圖1所示)，間接抗拉強度采用劈裂試驗測定(如圖2所示)，具體試驗步驟詳見JTG E20—2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[5]。

大粒徑瀝青碎石試件的抗壓回彈模量按式(1)計算：

(1)

式中：P5——施加于試件的第5級荷載值(0.5P)；

P——試件壓縮實驗極限荷載，N；

E——抗壓回彈模量，MPa；

h——試件軸心高度，mm；

d——試件直徑，mm；

ΔL5——相應于第5級荷載時經原點修正后的回彈變形。

大粒徑瀝青碎石試件的劈裂抗拉強度按式(2)計算：

RT=0.004 25PT/h

(2)

式中：RT——劈裂抗拉強度，MPa；

PT——試驗荷載的最大值，N；

h——試件高度，mm。

3 試驗結果分析

3.1 抗壓回彈模量分析

不同溫度(0 ℃，10 ℃，15 ℃，20 ℃，30 ℃)下大粒徑瀝青碎石試件的抗壓回彈模量如表1，圖3所示。

表1 不同溫度下大粒徑瀝青碎石抗壓回彈模量和劈裂強度

由表1可知，試驗溫度為20 ℃時，大粒徑瀝青碎石的抗壓回彈模量為1 890 MPa，而水泥穩定碎石72 h的抗壓回彈模量為1 656 MPa[6]，大粒徑瀝青碎石的抗壓回彈模量比水泥穩定碎石大14.1%。表明大粒徑瀝青碎石柔性基層具有較好的抗壓性能，避免采用半剛性基層養護維修時間長、早期強度較小等缺點，從而能夠在保證道路使用性能的同時提前開放交通。

3.2 劈裂抗拉強度分析

不同溫度(0 ℃，10 ℃，15 ℃，20 ℃，30 ℃)下大粒徑瀝青碎石試件的劈裂抗拉強度如表1，圖4所示。

表1顯示，試驗溫度為15 ℃時，大粒徑瀝青碎石的劈裂抗拉強度為2.07 MPa，且隨著溫度的降低，抗拉強度大幅度提高。而水泥穩定碎石72 h的間接抗拉強度為0.718 MPa[6]，大粒徑瀝青碎石的劈裂抗拉強度是水泥穩定碎石劈裂抗拉強度的2.88倍。表明大粒徑瀝青碎石柔性基層具有較好的低溫抗裂性能，能夠在低溫條件下保持良好的路用性能。

4 結語

本文采用大型馬歇爾試件，通過單軸壓縮試驗(圓柱體法)和劈裂試驗分別對大粒徑瀝青碎石的抗壓回彈模量和間接抗拉強度進行試驗，并與水泥穩定碎石的力學性能對比分析，得出以下結論：

1)試驗溫度為20 ℃時，大粒徑瀝青碎石的抗壓回彈模量為1 890 MPa，比水泥穩定碎石72 h的抗壓回彈模量高出14.1%。試驗溫度為15 ℃時，大粒徑瀝青碎石的劈裂抗拉強度為2.07 MPa，是水泥穩定碎石72 h的劈裂抗拉強度的2.88倍。隨著溫度的降低，大粒徑瀝青碎石的力學性能更加優越。

2)與水泥穩定碎石基層相比，大粒徑瀝青碎石柔性基層具有優越的力學性能，可替代傳統的水泥穩定碎石基層，廣泛應用于城市道路基層維修工程。

[1] 楊 群.高速公路瀝青穩定基層結構與設計方法研究[D].南京:東南大學,2001.

[2] 袁宏偉.瀝青穩定碎石基層材料設計方法研究[D].西安:長安大學,2003.

[3] 陸長兵.大粒徑瀝青穩定碎石基層性能研究[D].南京:東南大學,2003.

[4] JTG D50—2006,公路瀝青路面設計規范[S].

[5] JTG E20—2011,公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].

[6] 顧 吟,方 輝,王金昌.水泥穩定碎石基層早期力學監測及數值模擬分析[J].公路交通科技(應用技術版),2013,8(104):51-53.

The mechanical property analysis on large size asphalt gravel flexible foundation

Xu Wei1Xu Mingyuan2

(1.TrafficEngineeringResearchInstitute,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China; 2.HangzhouGongshuDistrictMunicipalGardenManagementOffice,Hangzhou310005,China)

According to the maintenance and repair current situation of urban road, this paper used the Marshall specimen, through the experimental researched the mechanical property of large size asphalt gravel foundation, and compared with traditional cement stabilized gravel foundation, the results showed that the compression modulus and resilience and splitting tensile strength of large size asphalt gravel foundation both higher than cement stabilized gravel foundation.

large size asphalt gravel, compression modulus, resilience and splitting tensile strength, Marshall specimen

1009-6825(2016)11-0149-03

2016-02-02

徐 偉(1983- )，男，工程師

U416.213

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