评价沥青的实用耐久性指标

评价路面沥青的实用流变性指标流变学研究的流体,可分为牛顿型流体和非牛顿型流体，所谓流变性实质是固一液两相同存，是一种粘弹性的表现。沥青也是一种高分子化合物，具有粘性和弹性，属于非牛顿型流体，其流变特性与沥青的针入度、延度、粘度及路面的性能等都有很大的关系。沥青的组成对其流变特性的影响根据流变学沥青粘度定义有：n=ny⑴c取对数得沥青的复合流动度为：c=△lgn/△lgY⑵从式(2)可看出，当复合流动系数c较小时，即剪应力(T)随剪变率(Y)的变化较小丄・W・科尔贝特曾用上式考察沥青各组分对其流变特性的影响。他将沥青质分别分散于饱和酚(At)、环烷一芳香酚(N—A)和极性一芳香酚(P—A)中,配成不同含量组成成分的沥青样品，在各种样品的组成中沥青质含量均为35%,然后测定各样品的剪应力(T)与剪变率(Y)之关系。当组成的样品为极性一芳香酚(P—A)与沥青质(A)时,c=1.0,为牛顿型流体，其他各组成样品皆为非牛顿型流体。由此表明沥青分散介质的性质与沥青的流变特性有密切的关系，即沥青的组成不同,其流变特性也不同。沥青的流变模型2.1理想弹性元件理想弹性元件的基本元件只有一个弹簧，即材料是线弹性的，不存在粘性，遵循Hooke定律，用数学模型来描述即为Z=E£，其中E为杨氏模量。2.2粘性元件粘性元件的基本元件是阻尼器,材料的变形与材料所受的力不是正比关系，当加上荷载之后，杆被拉长，伸长的时间变化率d(£l)/dt与作用力成正比，用应力应变表示，有:Z=Fd£/dt=F£，此处用“”表示对时间t的常微分或偏微分，量£称为应变率。应力正比于应变率的材料叫作粘性材料,F为粘性系数。Maxwell模型Maxwell模型是由弹性元件与阻尼器元件相互串联，总应变为：£=£Z+£〃(3)其中'为弹性元件的应变；£〃为阻尼元件的应变，对式⑶进行微分可得：£=£'+£〃二Z/E+Z/F将此式改写为标志形式后可得Maxwell流体的本构方程为：Z+pZ=q£(p1=F/E,q=F)(4)方程(4)可以分为两个阶段理解,第一阶段假设在初始时刻对杆施加一个突加恒值荷载Z=Z0H(t),H(t)称为单位阶跃函数或Heaviside函数，求此式应变£为多少;第二阶段从t=t开始，应变£固定为£1,也就是说杆端固定不动，此时应力将发生怎样的变化。|Kelvin模型Kelvin模型是由弹性元件和粘壶元件相互并联组成的，在所有时刻，两个元件的伸长£总是相同的，其总应力为△£=£‘+£〃=E£+F£，将其改写成标准形式：=q£+q£(q0=E,q1=F)(5)式(5)为Kelvin模型的本构方程。°'以上四种模型为粘弹性材料的最基本模型，在实际应用中可以根据实际情况选择,也可以根据实际情况应用这几种基本元件构建更复杂的模型，其本构方程可根据以上四个方程的思路来建立，只是方程更为复杂而已。2.5用Burgers流变模型评价沥青与混合料的关系沥青与沥青混合料在高温和长时间荷载作用下，其变形则以粘性流动为主；在大多数实际使用情况下,它们的变形处于粘弹性状态，因此可以用Burgers二模型来描述其流变行为,Burgers二模型的本构方程如下：£(t)二/E+1/n+1/E(1-eE2n2t)(6)其中，为压缩荷载；t为加载时间;E为Maxwell模型中的弹性模量；n011为Maxwell模型中的粘性系数；E为Kelvin模型中的弹性模量；n为Kelvin22模型中的粘性系数。在Burgers模型的四参数中，n是评价抗流动变形的主要指1标[3],道路产生永久变形的主要原因来自于沥青混合料的n，部分也来自E2和n2,而沥青混合料所具有的粘弹性，是因为它继承了沥青的粘弹性，因此求得了沥青Burgers模型的四个参数，也就可以预测沥青混合料的粘弹性性质，从而也就可以预估沥青路面的车辙，这与美国的SHRP规范和英国的Shell设计思想是一致的。沥青流变性的测定方法及与路面性能的关系沥青的流变性质可以采用各种形式流变仪，如同轴旋转流变仪、动态剪切流变仪、梁弯曲流变仪等对其流变性质进行研究。在不同的剪变率下，测定沥青的粘度来进行研究，通常包括测定沥青物系的弹性、粘性、蠕变、应力松弛、结构粘度、应变时效、触变性、劲度模量等。在模型理论中，沥青的弹性、粘性和塑性可以用弹簧、滑板等元件组成各种模型来描述沥青的流变行为。动态剪切流变试验，通过测量沥青的复数模量G3和相位角6来确定沥青的疲劳因子达到极限时的温度，表征沥青在常温温度域的较低温度状态下的抗疲劳开裂能力。弯曲梁流变试验,通过量测沥青结合料在路面最低设计温度下的蠕变劲度s和蠕变速率m值来反映沥青结合料的抗低温开裂特性。针入度与路面性能的关系。在不同的环境条件下，沥青所表现出的流变特性是不一样的。根据沥青的流变特性来判断沥青路用性能的好坏。不同针入度，道路的使用寿命也不同，通过试验，根据沥青胶结料硬化对HMA路面裂缝发展影响的研究得出了以下结论:a.当沥青胶结料在25°C时的针入度降至20以下时，可能发生严重路面开裂;b.当针入度介于20〜30之间时，可能出现某种程度的开裂；c.当混合料设计良好，压实充分，且沥青胶结料针入度高于30时，可能具有高度开裂抗力;d.为确保长的寿命，应在不低于防止交通变形所要求的最小稳定度的情况下，尽可能采用软的沥青胶结料。延度与路面性能的关系。试验表明:路面老化是由于针入度逐渐降低与粘度值逐渐提咼。沥青老化后其延度减小，当路面承受的荷载超过路面不被破坏所能承受的荷载时，由于混合料延度的降低，路面就会被破坏。另外，在外界温度降低时，沥青的流动性减小，延度也减小，沥青的劲度增大，易产生路面开裂。劲度与路面性能的关系。对公路路面面层而言，理想的情况是在高服务温度期望提高沥青胶结料劲度以避免车辙，而在低服务温度期望沥青胶结料降低劲度以抵抗低温收缩开裂。在低温地区，常常由于路面温度的降低，使沥青的劲度增大，在荷载的作用下,路面产生开裂。为此常在沥青中加入一定的改性剂,把普通基质沥青改性，以降低其低温抗裂性。沥青混合料的流变性能与环境的关系随着环境温度的变化，沥青混合料的流变特性也有所改变，特别表现在夏季的最高温度时和冬季的最低温度时。在环境温度很高时，沥青因受热而变软，此时沥青的流动性大，在交通量比较大的情况下就会发生车辙，使路面发生破坏。在环境温度很低时，路面由于冷缩作用，沥青与沥青之间就会产生相互的拉应力，当路面受外力且外力大于沥青与沥青之间的拉应力时，就会产生破坏而使路面产生开裂，因此，在常年平均温度比较高的地方，应该选择软化点比较高的沥青，而在常年平均温度比较低的