不同級配大粒徑瀝青混合料疲勞性能研究

劉囡囡

（青島富林達路橋工程有限公司，山東 青島 266000）

引言

瀝青路面的疲勞開裂是瀝青路面最主要的破壞模式之一。瀝青路面使用期間，經受車輪荷載的反復作用，其應力或應變長期處于交迭變化狀態，致使路面結構強度逐漸下降。當荷載重復作用超過一定的次數后，在荷載作用下路面內產生的應力就會超過路面結構強度下降后的結構抗力，在路面處治層底部產生疲勞開裂，在荷載繼續作用下，裂縫擴展至路表面形成疲勞裂縫[1-3]。

1 瀝青混合料疲勞試驗方法

目前，國內外對瀝青混合料的疲勞性能分析主要有3 種方法：現象學方法、力學近似法和能耗方法。世界各國采用的瀝青混合料室內小型疲勞試驗的方法很多，主要有重復彎曲試驗、直接拉伸試驗、間接拉伸試驗等，其優缺點見表1。

表1 瀝青混合料室內小型疲勞試驗方法比較

2 瀝青混合料疲勞試驗參數

2.1 荷載控制模式

采用控制應力或控制應變模式的方法進行試驗。瀝青混合料是黏彈性材料，其模量與瀝青混合料的溫度有關，并非定值，實際工程中所測得的應變轉化成應力的精確度差。一般來說，應變控制的荷載模式能夠更好地反映瀝青混合料在路面中受行車荷載作用的疲勞特性，更接近于路面結構中瀝青混合料的應力應變狀態。

2.2 荷載頻率

研究表明，加載時間或頻率與車速有一定的關系，我國現行的《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）規定高等級公路計算行車速度的范圍為60 ～120 km/h，因此采用10 Hz 的加載頻率是合理的[4]。

2.3 荷載波形

材料的疲勞壽命與荷載波形有一定的關系，不同加載波形對瀝青混合料疲勞性能有影響。通常認為正弦波和半正弦波形比較接近于實際路面所承受的荷載波形，在試驗中選用半正弦波加載。

2.4 試驗溫度

瀝青混合料在夏季高溫時，疲勞損耗有很大的恢復。根據SHRP 的研究結果，常溫以上的疲勞破壞主要是變形累積破壞，沒有明顯的疲勞意義，因此建議不考慮20℃以上的疲勞破壞。根據哈爾濱建筑大學的研究成果，雖然全國各地的氣溫變化較大，對于瀝青混合料，其疲勞破壞主要集中在13 ～15℃之間，恰好是北方春融期溫度，南方地區的雨季溫度，此季節路面結構強度有較明顯的削弱，是路面結構抗疲勞性能的最不利時期，因此疲勞試驗溫度采用15℃。

3 大粒徑瀝青混合料疲勞試驗

3.1 原材料

采用重交瀝青70#和MAC 改性瀝青作為瀝青混合料的膠結料，集料采用石灰巖，其性能滿足《公路工程集料試驗規程》（JTG E42—2005）技術要求。

3.2 級配

采用5 種級配，其級配見表2。

表2 5 種瀝青混合料級配

3.3 疲勞試驗

試驗設備采用進口UTM4 試驗機系統，氣動施加荷載。試件和成型方法按《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011） 規定的輪碾壓實并切割成小梁的方法成型試件，小梁寬和高分別為63.5 mm 和50 mm，梁長度為381 mm，兩端支點距離355.5 mm。加載方式采用應變控制，三分點加載，加載點間距為118.5 mm，試驗內容見表3。

表3 5 種瀝青混合料疲勞試驗結果

可以看出：5 種瀝青混合料的彎拉疲勞曲線基本平行，曲線的斜率在-3.2 ～-4.0 之間，與研究成果吻合較好，如美國AI 設計法取值為-3.291，殼牌設計法取為-4.0。k 值反映疲勞曲線位置，反映了不同瀝青混合料疲勞性能的優劣。5 種試驗瀝青混合料的疲勞性能由優至劣依次為：AC20 I＞ATB25＞ATB30＞LSM30 I＞LSM30 Ⅱ。

4 結語

（1）作為瀝青穩定基層材料的ATB25、ATB30、LSM30 I、LSM30 Ⅱ型混合料均為嵌擠型瀝青混合料，其疲勞性能相差不大。（2）AC20 I 型混合料屬于懸浮密實型瀝青混合料，其疲勞性能較嵌擠型瀝青混合料好。（3）當應變水平為400 με時，AC20 I 型混合料的疲勞壽命是ATB30 型混合料的2.48 倍。