瀝青路面突發(fā)性損壞的溫度適用性分析

曹彩平

摘要：本文依據(jù)瀝青混合料剪切試驗的研究成果，基于最不利工況與標準工況，探討為避免瀝青路面的突發(fā)性損壞，瀝青混合料在道路瀝青路面上的適用溫度。

Abstract： Based on the research results of asphalt mixture shear test， the most unfavorable working conditions and standard working conditions， this paper discusses the applicable temperature of asphalt mixture on road asphalt pavement in order to avoid sudden damage to asphalt pavement.

關鍵詞：瀝青路面;突發(fā)性;損壞;溫度

Key words： asphalt pavement;suddenness;damage;temperature

中圖分類號：U491? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）23-0155-03

1? 瀝青路面突發(fā)性損壞的條件性

瀝青路面突發(fā)性損壞可能發(fā)生在極端使用條件下，如氣溫過高、荷載過大或車速過慢等[1]。為了保證瀝青路面的正常使用，避免瀝青路面發(fā)生突發(fā)性損壞，需要判別在極端使用條件下瀝青路面中的剪應力最大值是否超過所用瀝青混合料的剪切強度[2]。此外，應根據(jù)瀝青路面的使用條件，判別瀝青混合料的適用性。

1.1 瀝青混合料的剪切強度τf

根據(jù)瀝青混合料剪切強度試驗數(shù)據(jù)的分析，同類型瀝青混合料試件剪切強度測試值標準差的平均值在0.018MPa（AC-13混合料）和0.019MPa（AC-20混合料），取保證率95%，計算不同類型瀝青混合料的剪切強度值，結果見表1。

1.2 瀝青路面突發(fā)性損壞的分析方法

分析瀝青路面突發(fā)性損壞條件性的目的在于探討瀝青混合料的對道路使用工況的適用性，并分析在最不利使用工況下對瀝青混合料的強度要求。瀝青路面突發(fā)性損壞的條件性判別方法為：首先，分析瀝青路面中剪應力最大值τsin的水平、發(fā)生層位，及其產(chǎn)生條件（道路使用條件、荷載工況和結構層位等）。然后，分析在不同使用條件下現(xiàn)有瀝青混合料所具備的剪切強度τf的水平。最后，判斷τsin與τf的關系，當發(fā)生τsin≥τf時，瀝青路面將可能發(fā)生由于抗剪切強度不足而破壞，即發(fā)生突發(fā)性損壞。

2? 最不利工況下的適用性判別

2.1 面層中的剪應力最大值

提取在最不利計算工況（胎壓1.3MPa、裝載率300%、縱坡坡度5%、平衡車速）條件下，3個計算斷面上瀝青面層各層中剪應力最大值，見表2。將表2中瀝青面層各層中的剪應力最大值提取出來，見表3。較表1與表3的數(shù)據(jù)可見，瀝青混合料剪切強度隨著溫度升高而降低的幅度顯著大于瀝青面層中剪應力最大值隨著溫度升高而減小的幅度。

2.2 瀝青混合料在上面層中的適用性分析

將AC-13型混合料試件的剪切強度與溫度的關系繪制成圖1，在該圖中加入瀝青路面上面層剪應力最大值與溫度的關系（取自表3）。

由圖1可見，在最不利計算工況條件（胎壓1.3MPa、裝載率300%、縱坡坡度5%、平衡車速）下，基質瀝青AC-13混合料僅適用于路表溫度不超過57℃、PR.改性瀝青混合料適用于路表溫度不超過67℃、SBS改性瀝青混合料的適用路表溫度不宜超過70℃。

2.3 瀝青混合料在中、下面層的適用性分析

將表1中AC-20型混合料的剪切強度與溫度的關系分別繪入圖2和圖3中，并依次加入中面層中剪應力最大值、下面層中剪應力最大值與溫度的關系。

由圖2可見，在最不利計算工況條件下，基質瀝青AC-20混合料的在中面層使用溫度不宜超過63℃，相當于路表70℃的溫度條件，PR.改性瀝青混合料的中面層使用溫度不宜超過70℃，相當于路表77℃的溫度條件，SBS改性瀝青混合料使用溫度條件可超過73℃，對應的路表溫度超過80℃。

由圖3可見，基質瀝青AC-20混合料的在下面層使用溫度不宜超過61℃，相當于路表75℃的溫度條件，而PR.和SBS改性瀝青混合料的使用溫度則更高，其適用的路表溫度均可超過80℃。

總體而言，在高溫季節(jié)，越接近路表瀝青層的溫度就越高，混合料的剪切強度也越低。在最不利荷載條件下，為了保證瀝青路面不發(fā)生突發(fā)性損壞，對瀝青混合料的要求如下：

在上面層內，AC-13基質瀝青混合料的使用溫度不超過57℃，當路表溫度超過57℃時應選用改性瀝青混合料。當路表溫度超過70℃時，不僅需要采用改性瀝青混合料，而且要選擇抗剪性能優(yōu)良的級配，甚至考慮采用強度和剛度更大的材料（如水泥混凝土）替代。

中面層對材料的溫度要求相對寬松，在一般的高溫條件下均可采用AC-20基質瀝青混合料，路表溫度超過70℃時應選用改性瀝青混合料。在下面層中，當路表溫度小于75℃時，可以使用基質瀝青混合料。

3? 標準工況下的適用性判別

分析瀝青混合料在標準計算工況下的不發(fā)生突發(fā)性損壞的適用溫度條件。

3.1 面層中的剪應力最大值

標準計算工況為：胎壓0.7MPa、裝載率100%、平坡、初始速度，各層中剪應力最大值見表4。

3.2 瀝青混合料在上面層的適用性分析

將表4中上面層中的剪應力最大與溫度的關系、AC-13瀝青混合料剪切強度溫度的關系繪入圖4中。由圖4可見，在標準計算工況下，AC-13基質瀝青混合料的適用路表溫度不超過64℃，PR.改性瀝青混合料和SBS基質瀝青混合料的適用路表溫度分別不超過73℃和75℃。

3.3 瀝青混合料在中、下面層的適用性分析

同理，分析AC-20瀝青混合料在中面層和下面層中的適用性，分析過程分別見圖5和圖6。

分析結果為，AC-20基質瀝青混合料在中面層和下面層的適用路表溫度分別達到80℃，改性瀝青混合料的適用路表溫度均超過80℃。

將瀝青混合料在最不利計算和標準計算工況條件下的所適用路表溫度進行匯總，見表5。根據(jù)湖南省路面溫度調查結果，境內最高路表溫度一般不超過70℃。以此溫度為標準，根據(jù)表3可知：在標準計算工況下，上面層瀝青混合料應選擇改性瀝青混合料;在最不利計算工況下，不僅上面層瀝青混合料應選擇SBS改性瀝青混合料，中面層也應考慮選擇改性瀝青混合料，可滿足瀝青路面不發(fā)生突發(fā)性損壞。

4? 結語

本文提出了瀝青路面突發(fā)性損壞的判別方法，即在同一使用條件下（道路使用條件、荷載工況和結構層位），判別瀝青路面中剪應力最大值τsin與瀝青混合料的剪切強度τf，當τsin≥τf時，判定發(fā)生突發(fā)性損壞。根據(jù)瀝青路面突發(fā)性損害的判別方法，提出了瀝青混合料在標準計算工況和最不利計算工況下，不發(fā)生突發(fā)性損壞的適用溫度標準。

參考文獻：

[1]周興業(yè)，王旭東，關偉，肖倩.寬溫度域內瀝青路面結構響應規(guī)律分析[J].哈爾濱工業(yè)大學學報：1-10.

[2]范永根，朱春東，付欣.高溫重載耦合作用下瀝青路面剪應力分析[J].山西建筑，2020，46（01）：9-11.

[3]趙毅，梁乃興.全溫域條件下瀝青路面永久變形預估方法[J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2018（11）.