基于DSR 的瀝青砂漿疲勞特性研究

焦華麗

林同國際工程咨詢（中國）有限公司（401121）

0 前言

瀝青混合料作為瀝青路面的主要材料，其性能直接影響瀝青路面的使用性能。然而在疲勞損傷過程中，裂紋的萌生及延伸主要在瀝青砂漿中進(jìn)行，因此分析瀝青砂漿疲勞特性對細(xì)觀層面研究瀝青混合料的損傷機(jī)理有重要意義。

瀝青砂漿主要由粒徑小于4.75 mm 的細(xì)集料、礦粉、瀝青及空隙組成，起到黏結(jié)粗集料及填充粗集料空隙的作用，是瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)中重要的組成成分。國外研究者對瀝青砂漿的流變特性、疲勞特性及水損性能進(jìn)行了大量的研究。與國外相比，國內(nèi)對于瀝青砂漿的制備工藝、性能評價到與瀝青混合料性能建立聯(lián)系等方面的研究相對較少，缺乏針對瀝青砂漿最大粒徑選擇、 瀝青用量控制、制備工藝、性能評價到建立與混合料性能定量構(gòu)效關(guān)系的系統(tǒng)研究體系。

文章從瀝青砂漿的材料選擇、制備工藝、性能研究等角度詳細(xì)分析了瀝青砂漿的研究現(xiàn)狀，提出未來瀝青砂漿的研究趨勢，以期為瀝青混合料的疲勞損傷機(jī)理后續(xù)研究提供一定參考。

1 瀝青砂漿材料特性

1.1 最大粒徑

膠體理論認(rèn)為，瀝青砂漿由填料、細(xì)集料、細(xì)集料界面區(qū)瀝青、 有效瀝青及臨界尺寸之下空隙組成。You 等人將瀝青砂漿分為粗粒式瀝青砂漿（通過2.36 mm 篩網(wǎng)）和細(xì)粒式瀝青砂漿（通過0.6 mm篩網(wǎng)）；Freire 對比分析了三種最大粒徑 （4.00 mm、2.00 mm、1.18 mm）FAM 的性能；錢國平[1]研究了粒徑效應(yīng)對瀝青砂漿力學(xué)性能的影響。上述對于表征瀝青混合料性能的瀝青砂漿最大粒徑的研究存在不確定性。

1.2 瀝青用量

Castelo Branco 等人利用瀝青混合料中粒徑小于1.18 mm 集料中瀝青含量與瀝青砂漿瀝青含量保持一致原則確定相應(yīng)的瀝青砂漿瀝青用量；Coutinho 等人分別采用溶劑萃取和煅燒瀝青混合料中細(xì)粒徑部分瀝青含量來確定瀝青砂漿的瀝青用量。Freire 等人基于Coutinho 的方法考慮了粗集料表面黏附的細(xì)集料確定相應(yīng)瀝青砂漿的瀝青用量。但是這些方法的重復(fù)性相對較差，目前尚未有標(biāo)準(zhǔn)的確定瀝青砂漿的瀝青用量的統(tǒng)一方法。

2 瀝青砂漿制備工藝

2.1 旋轉(zhuǎn)壓實(shí)

根據(jù)砂漿形狀包括兩種制備方法，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)后鉆芯出圓柱形試件和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)后切割成矩形試件。針對圓柱形試件，首先利用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型為直徑為100 mm 或者150 mm 的圓柱形試件，然后利用鉆芯機(jī)及切割機(jī)獲取一定直徑及高度的試樣，高度通常由45～50 mm，直徑由12～20 mm；針對矩形試件，一些學(xué)者將直徑為100 mm 的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)件切割成50 mm×10 mm×6 mm 的矩形砂漿試件，也有學(xué)者將直徑為150 mm 的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)件切割成50 mm×12 mm×10 mm 的矩形砂漿試件。雖然旋轉(zhuǎn)壓實(shí)的試驗(yàn)流程相對標(biāo)準(zhǔn)，但是切割或者鉆取砂漿試件的過程具有復(fù)雜性，因此制定標(biāo)準(zhǔn)的鉆芯及切割方法尤為重要。

2.2 靜壓成型

靜壓成型方法是一種新的制備瀝青砂漿的方法，需要設(shè)計新的微型擊實(shí)儀，具有節(jié)省制備材料和制備時間的作用。與旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法一樣，研究者同樣采用圓柱形和矩形設(shè)計瀝青砂漿靜壓成型模具。圓柱形試件高度尺寸 30～75 mm、12～12.5 mm；矩形試件長 50～60 mm，寬 10～12.5 mm，高 6～6.5 mm。

3 瀝青砂漿疲勞特性分析

對于瀝青混合料而言，在整個疲勞過程中，粗集料由于強(qiáng)度高而幾乎不發(fā)生破壞，疲勞裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展等行為均在瀝青砂漿結(jié)構(gòu)中進(jìn)行，因此研究瀝青砂漿的疲勞特性更具有實(shí)際意義。Kim 等人采用瀝青砂漿來研究瀝青混合料疲勞裂縫演化過程，得出瀝青砂漿疲勞特性與瀝青混合料的性能具有相似性。以上研究未考慮間歇時間對瀝青砂漿疲勞特性的影響。研究具有間歇時間的荷載作用下瀝青砂漿疲勞特性更具實(shí)際意義。因此有學(xué)者開始研究不同愈合溫度、間歇時間等因素對瀝青砂漿疲勞自愈特性的研究。

4 結(jié)語

國內(nèi)外學(xué)者已針對瀝青砂漿的材料選擇、制備工藝、疲勞特性開展大量的研究，但是缺乏系統(tǒng)的研究體系，導(dǎo)致瀝青砂漿這一體系的研究方法及研究結(jié)果尚未統(tǒng)一，未來確定合理的瀝青砂漿瀝青用量、粒徑選擇、空隙控制以及制備工藝具有極其顯著的發(fā)展前景，有助于從多角度精準(zhǔn)揭示瀝青混合料的疲勞損傷特性。