低溫破壞能評價瀝青混合料低溫性能研究

郭博

摘要：針對采用低溫彎拉應變和低溫彎拉強度表征瀝青混合料低溫性能所表現出的矛盾，本文引入低溫破壞能評價瀝青混合料的低溫性能。在0℃，-10℃，-20℃三個低溫條件下，對AC-16（基質）、 SMA-16兩種典型類型瀝青混合料進行低溫彎曲試驗，計算單位體積破壞能。結果表明，低溫破壞能與溫度基本成直線關系，該指標綜合了低溫彎拉應變和低溫彎拉強度兩種指標，有效地削弱了單一指標帶來的誤差，是一種直觀、可靠、準確的瀝青混合料低溫性能評價指標。

Abstract： In view of the contradiction between low temperature flexural tensile strain and low temperature flexural tensile strength is used to characterize the low temperature performance of asphalt mixture， in this paper， low temperature damage energy can be used to evaluate the low temperature performance of asphalt mixture. Under these low temperature conditions of 0℃， -10℃， and -20℃， the AC-16 （matrix） and SMA-16 two typical types of asphalt mixture were subjected to low temperature bending test， calculated unit volume damage energy. The result shows， low temperature damage energy can be linearly related to temperature， the index combines two indexes of low temperature flexural tensile strain and low temperature flexural tensile strength， effectively weaken the error caused by a single index， it is an intuitive， reliable and accurate evaluation index of asphalt mixture at low temperature.

關鍵詞：低溫彎拉應變；低溫彎拉強度；低溫彎曲試驗；低溫破壞能

Key words： low temperature flexural tensile strain；low temperature flexural tensile strength；low temperature bending test；low temperature damage energy

中圖分類號：U414 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）35-0221-02

0 引言

目前國內外對瀝青混合料低溫性能的評價很多，如美國SHRP計劃推薦的約束試件溫度應力及J-積分試驗，中國“八五”攻關推薦的低溫彎曲蠕變試驗的試驗，低溫彎曲試驗，其中以低溫彎拉應或低溫彎拉強度表征瀝青混合料低溫性能的低溫彎曲試驗，因其能較真實地模擬瀝青混合料在低溫條件下的受力狀況而得到廣泛認同，但單一采用破壞應變或彎拉強度作為評價指標有其局限性，相關研究表明，但使用單一指標評價，會出現破壞彎拉應變相接近而破壞彎拉強度相差很大的矛盾現象[1]。

由于單一指標存在上述缺點，本文在低溫彎曲試驗基礎上，采用試驗試件單位體積破壞所消耗的能量（單位體積破壞能）評價瀝青混合料的低溫性能。在試驗溫度0℃，-10℃，-20℃條件下，對AC-16基質、SMA-16兩種不同類型瀝青混合料進行低溫彎曲試驗，計算其單位體積破壞能，尋求溫度變化下，低溫破壞能的發展規律。

1 原材料及試驗方案設計

1.1 原材料

本文瀝青選用殼牌70#瀝青，25℃針入度73.0（0.1mm），15℃延度116.1cm，軟化點46.8℃。

集料選用無風化、不含雜質的石灰巖，礦粉采用磨細的石灰石粉，粗集料表觀密度2.897g/cm3，細集料表觀密度2.892g/cm3，礦粉表觀密度2.7212g/cm3。

1.2 試驗方案

本文選用AC16基質、SMA兩種典型的瀝青混合料，其級配如表1所示。

2 溫度與破壞能關系研究

2.1 低溫破壞能的定義

2.2 試驗溫度與破壞能關系

本文選用AC-16基質、SMA-16兩種典型瀝青混合料，分別在0℃，-10℃，-20℃三個低溫環境下，進行低溫彎曲試驗，繪制應力-應變曲線圖，回歸分析應力-應變關系式，進而計算破壞能，最終分析研究破壞能與溫度的關系，擬合回歸系數如表2所示。

根據應力應變圖擬合回歸出的三項式，由破壞能公式（2）可以計算出兩種瀝青混合料在不同溫度條件下的破壞能。將AC16基質瀝青混合料，SMA瀝青混合料分別在0℃、-10℃、-20℃的破壞彎拉應變，彎拉強度，彎曲勁度模量以及單位體積破壞能如表3所示，溫度與破壞能的關系如圖1所示。

由表3及圖1分析可得出如下結論：

①圖1可表征兩種類型瀝青混合料在任一低溫環境下的單位體積破壞能，由表3可知相對破壞彎拉強度、破壞彎拉應變更直觀、準確，便于比較，即可定量表征混合料抗變形能力大小。如在-10℃下，每立方米AC-16基質、SMA-16瀝青混合料的低溫破壞能分別是0.005758kj、0.009248kj，相差0.00349kj，即SMA-16抗變形的能力較AC-16基質大0.00349kj。

②兩種瀝青混合料的單位體積破壞能隨溫度的降低而遞減，并且基本呈直線關系，表征溫度的降低促使混合料的抗裂能力變差，通過破壞能與溫度的對應關系，可方便得到該類型混合料極限破壞能對應的溫度，即可找到瀝青混合料所能承受的最低溫度。

3 結語

①相對低溫彎拉應變和彎拉強度，單位體積破壞能能更全面評價瀝青混合料低溫性能，規避了采用單一指標帶來的結果不一致現象，是一種評價瀝青混合料低溫性能的新方法。

②單位體積破壞能評價指標更直觀、準確、量化，通過建立溫度與破壞能的關系，可掌握不同類型瀝青混合料在不同溫度下的破壞能發展規律，以便為不同低溫環境下選擇瀝青混合料類型提供依據。

參考文獻：

[1]王國忠，王忠濤，高明星，等.瀝青穩定碎石基層混合料低溫抗裂性能試驗研究[J].內蒙古農業大學學報（自然科學版），2008，29（3）：137-143.

[2]郝培文，張登良.瀝青混合料低溫抗裂性能評價指標的研究[J].公路，2000（05）：63-67.

[3]周和勝，郭靜.瀝青混合料低溫性能影響因素分析[J].城市道橋與防洪，2010（06）.endprint