瀝青及瀝青混合料疲勞性能影響因素

(重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 400074)

瀝青及瀝青混合料疲勞性能影響因素

彭 川

(重慶交通大學 土木工程學院， 重慶 400074)

隨著國家“十二五”的結束以及“十三五”的開始，在國際經濟前景不景氣的條件下，擴大內需，加快國家基礎設施建設的步伐是一個行之有效的方法。在所有的基礎設施建設中，公路運輸建設儼然已經成為其中的關鍵因素。當前，在在世界范圍內，道路建設中修建的大部分公路都屬于瀝青路面公路，瀝青路面也是今后公路建設和發展的趨勢。因此，研究影響瀝青混合料的疲勞性能的影響因素就顯得尤為重要。

瀝青路面；瀝青混合料；疲勞性能

0 引言

交通運輸是經濟推動發展的大動力。作為交通運輸中的道路運輸，不僅在世界各國經濟發展扮演關鍵的角色，還有效的促進人類文明和物質生活的不斷發展。世界各大國對本國公路投資建設都給予極高的重視。我國承擔著重要運輸任務的公路，經過這些年建設，取得了舉世矚目的成就。但由于我國復雜的地質、地形情況，再加上施工和外部荷載等因素，導致了不同地域的公路面臨著不同程度的破壞。其中，疲勞破壞是高等級瀝青混凝土公路最常見的路面病害之一。瀝青公路由于疲勞破壞產生的裂縫，會嚴重影響車安全，縮短道路的使用壽命，甚至還可能會造成巨大的經濟損失。

因此，為了道路的安全使用和滿足預期的經濟效益，影響道路疲性能因素的研究，從而達到預防道路早期破壞和累計破破壞，提高道路壽命的目的。

1 影響疲勞性能的因素

由于瀝青混合料自身組成和外部環境的復雜性影響瀝青混合料疲勞性能的因素是多種多樣的。經過研究發現，這些影響因素可以分為以下兩類[1]：一類是瀝青混合料的內在組成原因，另一類是瀝青混合料所處的外部環境。

1.1 內在組成原因

1.1.1 混合料勁度

在疲勞觀點中，瀝青混合料的勁度模量是一個十分重要的材料特性。路面材料設計是路面設計中的基礎問題，而瀝青混合料動態模量卻是瀝青路面設計的重要參數[2]。勁度是各種影響因素的集中體現。凡是任何能影響混合料勁度的變量，比如集料與瀝青的性質、瀝青種類與用量、混合料的壓實度與空隙率等因素。

1.1.2 集料表面特征與級配

帶有尖棱角的開級配粗集料通常由于難以壓實而具有較高的孔隙率，這樣就很有可能產生裂縫，從而進一步影響瀝青集合料的疲勞壽命。具有良好級配的初集料可以形成勁度較高的集料，二表面光滑的圓集料形成勁度較低的集料，因而對疲勞可以產生不同的影響。

1.1.3 孔隙率

瀝青混合料的疲勞性能隨著孔隙率的降低而顯著提高。孔隙率越大，瀝青內部的空隙與微裂縫就越多，在荷載的循環作用下就越容易會引發微裂縫的擴展破壞，從而降低疲勞性能。

1.1.4 針入度與軟化點

Bazin在-10～10℃下的常應力疲勞試驗中得出瀝青越硬，其疲勞壽命越長的結論。Epps在實驗中也發現，瀝青的硬度越高，其勁度模量越大，疲勞壽命也越長。在常應力條件下，如果瀝青越硬，其疲勞壽命就會越長；而在應變模式下情況下則相反。經過反復試驗證明，軟化點是影響瀝青疲勞性能的一個因素。其中，改性瀝青就是一個強有力的說明。

1.2 外部因素

由于瀝青路面的施工、檢驗以及使用都是在外界環境中進行，外部因素主要分為以下三類：溫度與濕度、行車荷載、水分。

1.2.1 溫度與濕度

溫度與混合料疲勞勁度有著密切的關系，隨著溫度的升高，其疲勞強度和壽命會顯著下降。在應力控制模式下，溫度在一定范圍內降低，材料所受應力也會相應減小，混合料勁度卻會增大，從而可以增加混合料的疲勞壽命。在應變控制模式下，所得結果則剛剛相反。

在工程實踐與實驗條件下證明，濕度對瀝青混合料疲勞性能也有一定影響。濕度會改變其疲勞性能，從而導致疲勞壽命縮短[3]。

1.2.2 行車荷載

車輛荷載是直接作用于瀝青路面的荷載，在不同車輛荷載的長期反復的作用下，瀝青路面的疲勞壽命會發生顯著的變化。研究表明[4]，隨著車輛荷載行駛速度的增加，路面所承受的來自車輛的靜載和動載之和會隨之變大，但是車輛荷載對路面某一位置的作用時間卻減少了。因此，如果瀝青路面長期的受到高速行駛的車輛荷載的作用，其疲勞壽命將會大大縮短。同時，在高速行駛的交通條件下，輕荷載對道路疲勞壽命的影響也是不容忽視的。

1.2.3 水分

水對瀝青混合料的疲勞性能有顯著的作用。它能進入集料之間的空隙，阻斷集料表面之間的連接，減小瀝青與集料之間的接觸面積，從而降低混合料勁度模量。劉松[5]等人在瀝青路面單軸壓縮試驗中發現：有水狀態下的瀝青路面的疲勞壽命僅為無水狀態下的18.7%。張倩[6]等人認為：水可能是通過影響混合料勁度模量來改變瀝青混合料疲勞壽命的。劈裂疲勞試驗也表明：在水的作用下，瀝青混合料的疲勞性能會明顯降低。

2 結語

基于以上內容，可以從如下幾方面提高瀝青混合料的疲勞性能：

2.1 嚴格控制瀝青原材料的質量，選擇最佳的瀝青類型（比如改性瀝青）和合理的瀝青用量，這樣可以確保瀝青混合料具有較高的勁度模量，從而達到提高其疲勞性能的目的；

2.2 在進行集料選擇時，盡可能的選擇骨架緊湊和級配良好的礦料。在進行瀝青與集料之間的組合時，根據設計與使用要求，選擇經濟合理的配合比，以及采用硬度較高的瀝青作為原料，這樣可以更好的達到提高其疲勞性能目的；

2.3 盡量避免在在潮濕和會出現凍融情況的區域修建瀝青路面（如果無法避免，則需要采用排水性能良好的瀝青混合料），限制最大行車荷載（嚴禁超載），控制車輛行駛的最大時速（嚴禁超速）。

[1]高爽，朱洪洲，唐伯明. 瀝青混合料疲勞性能影響因素研究綜述[D]. 石油瀝青，2008（4）：1—3.

[2]劉福明. 瀝青混合料動態模量預估方程的驗證分析[J]. 中外公路，2012（2）：208—210.

[3]王立新. 凍融作用下瀝青混合料疲勞性能實驗研究[J]. 公路交通科技，2011（4）：29—31.

[4]許薛軍，劉華林. 高速、重載交通條件下提高瀝青路面疲勞性能的技術措施[J]. 公路工程，2010（8）：63—66.

[5]劉松，張學鋒，葉志華，等. 水對瀝青混凝土路面疲勞壽命影響初探[D]. 公路，2006（7）：35—36.

[6]張倩，李艷麗，戴經梁. 水對瀝青混合料疲勞性能影響的模擬研究[J]. 公路，2005（4）：142—144

U45

：B

1007-6344（2017）08-0303-01