彎曲應變能密度評價瀝青混凝土低溫抗裂性能

張洪瑞 （江蘇省徐州市公路管理處，江蘇 徐州 221000）

0 前言

低溫開裂是北方地區瀝青路面結構設計重點，裂縫產生后，水沿裂縫進入路面，車輛駛過將對路面形成沖刷力，將瀝青與骨料剝離，冬季易形成凍脹，瀝青混凝土將因水損害引發坑槽等系列病害。近年來，學者提出低溫彎曲試驗的彎曲應變能密度指標，將彎曲破壞過程中試件的彎拉應力和彎拉應變綜合起來，從能量角度分析瀝青混凝土低溫開裂過程。

本研究對不同瀝青用量不同溫度條件下的AC-20F瀝青混凝土進行低溫彎曲試驗，通過低溫彎曲應變能密度指標評價瀝青用量對瀝青混凝土低溫抗裂性能影響。

1 試驗方法

試驗采用SANS萬能試驗機，試件采用輪碾法成型，切割成尺寸為30mm×35mm×250mm的長方體混凝土小梁試件，在溫度為-10℃，恒定加載速率50mm/min。對試驗采集試件的抗彎強度、最大彎拉應變數據進行擬合分析，通過彎曲應變能密度指標評價瀝青混合料的低溫性能。

2 原材料性能

2.1 瀝青

選用克拉瑪依50基質瀝青，常規試驗結果如表1所示。

克50號瀝青各項試驗結果 表1

2.2 集料及級配

集料選用花崗巖。

級配選用細型密級配瀝青混合料，AC-20，屬于懸浮-密實結構。級配見表2。

選用級配各篩孔通過率 表2

2.3 最佳瀝青用量

由馬歇爾試驗得到瀝青混凝土最佳瀝青用量為：4.98%。

3 試驗結果及分析

3.1 溫度影響分析

選用同一瀝青用量（4.98%）同一級配（AC-20F）成型的瀝青混凝土分別在0℃、-10℃和-15℃3種溫度下進行彎曲破壞試驗，試驗結果如圖1～圖3所示。

圖1 不同試驗溫度條件下最大彎拉應力

圖2 不同試驗溫度條件下最大彎拉應變

圖3 不同試驗溫度條件下彎曲應變能密度

圖1～圖3得出，0～-15℃范圍內，隨著溫度降低，混凝土試件破壞時的彎拉應力變大，且最大彎拉應力增長速率下降；隨著溫度降低，混凝土試件破壞時的彎拉應變和彎曲應變能越小，且衰減幅度變緩。

分析原因為：該溫度區間內，溫度下降，瀝青混凝土的勁度模量增加，試件彎曲破壞時的彎拉應力增大；而瀝青粘結力增強，使得混合料的應力松弛能力減弱，彎曲應變變小，彎曲應變能密度也變小，低溫抗開裂能力下降。

得出結論：溫度對瀝青混凝土低溫抗開裂性能影響較大，且溫度越低，低溫抗裂性能下降。

3.2 瀝青用量影響分析

選用同一級配（AC-20F），對瀝青用量分別為 3.7%、4.2%、4.7%、5.2%、5.7% 的瀝青混凝土在-10℃下進行低溫彎曲破壞試驗，試驗結果如圖4～圖6所示。

圖4 不同瀝青用量條件下最大彎拉應力

圖5 不同瀝青用量條件下最大彎拉應變

圖6 不同瀝青用量條件下彎曲應變能密度

由圖得知，隨著瀝青用量增加，試件破壞時的最大彎拉應力先增大后減小，最佳瀝青用量（4.98%）附近達到最大值。最大彎拉應變和彎曲應變能密度隨著瀝青用量增加而增加，但在最佳瀝青用量附近趨于穩定。

從瀝青膠漿方面分析，瀝青與骨料之間粘結力隨著瀝青用量增加而提高，粘結力提高則瀝青混凝土強度增大；當瀝青用量過剩，則多余瀝青將阻止瀝青與骨料之間的粘結，混凝土強度降低。瀝青用量增加，瀝青混合料的柔性提高，彎曲破壞時的應變增大。

從瀝青混凝土的應力松弛和收縮應力方面分析，瀝青混凝土的應力松弛能力隨著瀝青用量增加而增強，但瀝青用量增加，收縮應力也變大，兩者對瀝青混合料低溫抗裂性能的作用相互抵消。

綜上分析，瀝青用量增加有利于改善瀝青混凝土低溫抗裂性能，但超過最佳瀝青用量后，彎曲應變能密度趨于穩定，低溫抗裂性能提高有限。而且瀝青用量過多高溫抗車轍能力下降，因此，瀝青路面混凝土設計時要合理選取瀝青用量。

4 結語

①溫度對路面抗裂性能影響較大。0～-15℃范圍內，隨著溫度降低，混凝土試件破壞時的彎拉應力變大，且最大彎拉應力增長速率下降；隨著溫度降低，混凝土試件破壞時的彎拉應變和彎曲應變能越小，且衰減幅度變緩。

②增加瀝青用量有利于瀝青混凝土低溫抗裂性能提高，但超過最佳瀝青用量后，彎曲應變能密度趨于穩定，對低溫抗裂性能改善有限。