沥青混合料抗剪性能的影响因素分析(图文)

1、沥青混合料抗剪性能的影响因素分析(图文)论文导读：沥青混合料的剪切破坏主要是沥青混合料的高温稳定性缺乏，在荷载作用下产生变形和剪切推移，致使路面出现过大的车辙和拥包等现象。沥青混合料高温抗剪强度取决于沥青混合料的粘聚力c与内摩阻角。关键词：沥青混合料，抗剪强度，剪切性能，影响因素分析1、沥青路面产生破坏的主要原因1夏季高温时因抗剪强度缺乏或塑性变形过大而引起的高温破坏；2冬季低温时抗拉强度缺乏或应力松弛模量降低太慢而抵抗变形能力较差，引起的温度开裂；3沥青路面经受车轮荷载的反复作用，长期处于应力应变交迭变化状态，致使疲劳损伤不断累积，当荷载重复作用超过一定的次数以后，在荷载作用下路面内产生的应

2、力就会超过强度下降的结构抗力，使路面产生疲劳破坏。2、沥青混合料的剪切破坏主要是沥青混合料的高温稳定性缺乏，在荷载作用下产生变形和剪切推移，致使路面出现过大的车辙和拥包等现象。因此，多年来，对于沥青混合料的抗剪性能的研究也主要着眼于材料的高温稳定性。3、试验参数对剪切试验的影响分析沥青混合料高温抗剪强度取决于沥青混合料的粘聚力c与内摩阻角。沥青混合料的内摩阻角主要决定于沥青混合料的矿料级配、颗粒形状、外表特征及沥青膜厚度等,而粘聚力主要取决于沥青的性能及沥青与矿料的相互作用。同时影响沥青路面高温抗剪强度的因素主要包括矿质集料特性、级配、沥青胶结料性能、沥青与矿料之间的相互作用及路面结构与气候条

3、件。为此,通过大量室内剪切试验,分析沥青混合料的级配类型、级配走向、油石比、压实度与沥青种类等因素对其抗剪强度指标c、值的影响,找出其中的相关影响规律,为沥青混合料设计、施工控制提供技术依据。(1)沥青混合料的级配类型对抗剪指标c、值的影响采用SBS改性沥青,对级配1级配3这3种不同级配在最正确油石比下成型试件,进行剪切试验,试验结果见图1.1、图1.2。图1.1 不同级配类型沥青混合料c值图1.2不同级配类型沥青混合料值图1.1、图1.2的试验结果说明,随着矿料粒径的增大,沥青混合料的粘聚力c值呈下降趋势,级配1的c值要大于级配2和级配3的。从胶浆理论出发,较细的集料胶浆能力较强,级配1的集

4、料较级配2和级配3细,从而能提供较大的粘聚力。沥青混合料的摩擦角随着矿料最大粒径的增大而减少,即级配1级配2级配3,级配1、级配2的摩擦角差异不大,级配3的摩擦角最小。其可能的原因是,在集料形成嵌挤结构的前提下,较细的集料颗粒之间的接触点增多,从而摩擦角也会相应的增大。(2)沥青混合料的油石比对抗剪指标c、值的影响采用级配1和SBS改性沥青,在5%、5. 5%、5. 7%、6. 0%与6. 5%这5种油石比下成型试件,进行三轴剪切试验,剪切试验结果见图1.3、图1.4。图1.3 不同油石比沥青混合料c值图1.4 不同油石比沥青混合料值从图1.3可以看出,对于沥青混合料SMA13,当油石比从5%

5、增加到5. 7%,其抗剪强度指标c值逐渐增大,当油石比为5. 7%时,c值到达最大,之后c值随着油石比的增加迅速下降。这说明沥青混合料的粘结力在最正确油石比处到达最大,而沥青用量一旦超过最正确油石比,粘结力迅速减弱。从图1.4可以看出,对于改性沥青混合料SMA13,随油石比的增大,其抗剪强度指标值总体呈下降趋势。因此,严格控制沥青混合料的油石比是确保沥青混合料的抗剪切强度的重要措施。沥青混合料的抗剪强度参数c、值在最正确油石比时都到达最大,当油石比小于最正确油石比时, c、值下降不大,当油石比大于最正确油石比时, c、值下降很快。(3)沥青混合料的压实度对抗剪指标c、值的影响采用级配1和SBS

6、改性沥青,在最正确油石比5.7%下按设计空隙率为4%,7%, 10%(换算成压实度分别为99.7%、96.5%、94.4%)分别成型试件,进行剪切试验,试验结果见表1.1表1.1不同压实度的沥青混合料SMA13试验结果压实度D与抗剪指标c、值的相关关系见式(1.1)、式(1.2)。c =15.593xD-1337.0, R =0.990 (1.1)=1.7415xD-140.5, R =0.996 (1.2)从表1.1和式(1.1)、式(1.2)可以看出,对于改性沥青混合料SMA13,其抗剪指标c、值都随着压实度的增大而增大,压实度减小1%,抗剪指标c值减小15.5 kPa,值减少1.74。这

7、说明压实度的大小对抗剪指标c、值的影响十分显著。(4)沥青混合料的温度对抗剪性能的影响沥青混合料是一种粘弹塑性材料，其粘结力受温度的影响很大。夏天高温天气，高速公路连续重载渠化交通或易急刹车转弯路口路段，使得沥青混合料的粘结力变小，抗剪强度降低。这种情况是对沥青混合料剪切作用最不利的温度荷载组合方式，沥青混合料也最容易出现塑性流动变形或形成车辙。Superpave规定采用有效温度Teff(PD)进行试验，Teff(PD)定义为这样的一个温度。在这个温度所产生的永久变形损坏的量，与对于一个整年内分别考虑各个季节所产生的永久变形损坏相当。在计算有效温度Teff(PD)时，需要确定考虑的沥青路面层临

8、界深度Zcr、设计的年平均气温MAAT设计、平均的年平均气温MAAT平均、年平均气温的标准差标准差以及由设计者根据工程重要性选定的可靠度水平K等参数。用于永久变形试验的温度那么由式式中：Teff(PD)永久变形试验有效温度；Zcr计算的沥青混合料层的临界深度mm；MAAT设计 MAAT平均+K标准差；MAAT平均根据历史资料计算的年平均气温的平均值；标准差年平均气温的标准差；K保证率系数。在通常的汽车荷载条件下，永久变形主要在夏季气温高于2530左右，即沥青路面的路表温度到达4050以上，已经到达或超过道路沥青软化点温度的情况下容易产生，且随着温度升高和荷载的加重，变形愈大。另外，某些地区在夏

9、季气温可到达4045，此时路面温度到达6570，虽然持续时间不长但对路面造成的危害不可无视，同时根据沥青材料的温度时间换算法那么，长时间承受荷载与高温条件是等效的，而且时间是累积的。由于本研究历史资料等参数缺乏，因此，在此采用40、50、60三种温度均在空隙率4%下进行剪切试验，试验结果如表1.2。表1.2 不同温度下的重复剪切试验结果 沥青混合料 温度 K1mm/次 N次 (%) 级配一 40 6.48E-04 202 0.44 50 8.19E-04 230 0.65 60 1.20E-03 252 0.95 级配二 40 1.11E-03 231 0.84 50 1.54E-03 237

10、 1.18 60 2.05E-03 253 1.60 级配三 40 2.36E-04 223 0.75 50 6.51E-03 249 1.09 60 4.35E-03 234 1.47 图1.5 温度对剪切应变的影响(5)加载速率对沥青混合料抗剪性能的影响本试验中，分别采用5mm/min、10mm/min、20mm/min、50mm/min四中加载速率进行剪切试验，结果汇总如下表1.2，抗剪强度、C、与加载速率之间的关系分别见图1.6、图1.7 加 载 速 率 mm/min 级 配 二 C(MPa) () 5 0.0701 44.8858 10 0.0828 45.1929 20 0.0857 45.2846 50 0.0918 45.2911 表1.2 不同加载速率下的C、值图1.6 级配二混合料C值与加载速率的关系图1.7 级配二混合料值与加载速率的关系5、结论在对试验参数对剪切试验的影响分析中，论文分别进行了主要沥青混合料的五个方面研究：级配类型、油石比、压实度、温度、加载速率