瀝青混合料剪切性能影響因素研究

趙 尋

(長(zhǎng)沙理工大學(xué),湖南 長(zhǎng)沙 410076)

瀝青混合料剪切性能影響因素研究

趙 尋

(長(zhǎng)沙理工大學(xué),湖南 長(zhǎng)沙 410076)

采用單軸貫入試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)，分別對(duì)瀝青類(lèi)型、級(jí)配類(lèi)型、油石比對(duì)瀝青混合料剪切性能的影響進(jìn)行研究，結(jié)果表明：瀝青的類(lèi)型會(huì)直接影響到混合材料所具備的剪切性能，不同瀝青類(lèi)型的混合料的內(nèi)摩擦角φ、粘聚力C以及剪切強(qiáng)度三個(gè)指標(biāo)方面相差較大；級(jí)配類(lèi)型對(duì)瀝青混合料剪切性能具有很大的影響，特別是對(duì)瀝青混合料的粘聚力C和剪切強(qiáng)度影響很大。

瀝青混合料，剪切強(qiáng)度，粘聚力，內(nèi)摩擦角

0 引言

瀝青混合料是一種粘彈性材料，影響瀝青混合料剪切強(qiáng)度的因素有內(nèi)外雙重因素[1,2]。外因在現(xiàn)實(shí)道路設(shè)計(jì)與運(yùn)行過(guò)程中并非工程人員所能控制的因素，故本文未對(duì)其進(jìn)行考慮。內(nèi)因則主要包括：礦質(zhì)集料的特性(粗集料針片狀含量和細(xì)集料棱角性)、級(jí)配組成、瀝青類(lèi)型及油石比等。有研究[3]表明，瀝青混合料的內(nèi)在影響因素對(duì)其剪切性能起主要決定作用。因此，本文采取單軸貫入試驗(yàn)方法結(jié)合無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)來(lái)找出上述各因素對(duì)混合料剪切性能的影響規(guī)律并對(duì)其進(jìn)行分析。

1 原材料與試驗(yàn)方法

本文試驗(yàn)中所用到的試驗(yàn)材料有，粗集料：白云巖；細(xì)集料：石灰?guī)r；礦粉：由石灰?guī)r磨細(xì)得到；瀝青：泰普克30號(hào)A級(jí)瀝青、泰普克70號(hào)A級(jí)瀝青、SBS改性瀝青。各種原材料的技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范[4]要求。對(duì)于級(jí)配的選擇，由于目前的有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，路面的最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在中面層位置，而中面層普遍采用的是AC-20瀝青混合料，因此本文研究選用的為AC-20級(jí)配。

瀝青混合料剪切強(qiáng)度試驗(yàn)采用單軸貫入試驗(yàn)進(jìn)行[5]，單軸貫入試驗(yàn)中壓頭的尺寸采用φ42 mm便可滿足試驗(yàn)精度的要求。試驗(yàn)中的試件采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)(SGC)100次成型的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件，試件尺寸：φ150 mm×100 mm，試驗(yàn)在UTM試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，加載速率：1 mm/min，試驗(yàn)溫度：60 ℃。

2 瀝青混合料剪切強(qiáng)度影響因素

2.1 瀝青類(lèi)型

為了研究不同瀝青類(lèi)型對(duì)瀝青混合料剪切性能的影響，本文對(duì)AC-20S級(jí)配采用三種不同類(lèi)型的瀝青在其最佳油石比條件下成型的試件進(jìn)行單軸貫入試驗(yàn)以測(cè)定其剪切強(qiáng)度τ，并結(jié)合無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)以測(cè)定其內(nèi)摩擦角φ和粘聚力C。三種瀝青分別為： 30號(hào)A級(jí)瀝青、70號(hào)A級(jí)瀝青和SBS改性瀝青。剪切試驗(yàn)結(jié)果如圖1和圖2所示。

通過(guò)對(duì)圖1，圖2分析可以得出以下結(jié)論：

1)在采用相同級(jí)配的情況下，30號(hào)基質(zhì)瀝青的剪切強(qiáng)度最大，SBS改性瀝青次之，70號(hào)基質(zhì)瀝青剪切性能最差。說(shuō)明瀝青類(lèi)型的高溫性能對(duì)瀝青混合料的剪切強(qiáng)度具有很大的影響。

2)30號(hào)基質(zhì)瀝青的粘聚力C最大，其次是SBS改性瀝青與70號(hào)瀝青。三種瀝青的粘聚力C的變化趨勢(shì)與瀝青混合料剪切強(qiáng)度的變化趨勢(shì)一致，說(shuō)明對(duì)于瀝青混合料的剪切強(qiáng)度，瀝青的粘聚力C對(duì)其具有較大的影響。

2.2 級(jí)配類(lèi)型

為了研究不同級(jí)配組成對(duì)瀝青混合料剪切強(qiáng)度的影響，采用AC-20下限，AC-20中值和AC-20S三種級(jí)配在70號(hào)基質(zhì)瀝青的最佳油石比下成型試件，并進(jìn)行試驗(yàn)。三種不同級(jí)配組成見(jiàn)表1，其試驗(yàn)結(jié)果如圖3和圖4所示。

表1 AC-20三種不同級(jí)配通過(guò)率

根據(jù)圖3，圖4可以得出以下結(jié)論：

1)就AC-20而言，中值級(jí)配的剪切強(qiáng)度最大，其次是S型級(jí)配，最小的為下限級(jí)配，其剪切強(qiáng)度不足中值級(jí)配剪切強(qiáng)度的一半。由此可見(jiàn)，級(jí)配對(duì)瀝青混合料剪切強(qiáng)度具有很大的影響。

2)三種級(jí)配的瀝青混合料的粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ都呈現(xiàn)出了一致的趨勢(shì)，都是中值級(jí)配具有最大的粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ，其次為S型級(jí)配和下限級(jí)配。

2.3 油石比

為了研究油石比與瀝青混合料剪切性能間存在的關(guān)系及其相互之間的變化規(guī)律，將最佳油石比與另外三種不同油石比制作成的試件進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖5和圖6所示。

從圖5，圖6可以看出，瀝青混合料剪切強(qiáng)度值隨著油石比的增大呈現(xiàn)出凸形拋物線趨勢(shì)變化，粘聚力C值則呈現(xiàn)出遞增的趨勢(shì)，而內(nèi)摩擦角φ值則呈現(xiàn)出遞減的趨勢(shì)。剪切強(qiáng)度峰值也未出現(xiàn)在最佳油石比處，而是出現(xiàn)在略低于最佳油石比處。其原因在于最佳油石比是綜合考慮了各項(xiàng)指標(biāo)確定的，并不是強(qiáng)度峰值所對(duì)應(yīng)的油石比。

3 結(jié)語(yǔ)

1)瀝青的類(lèi)型會(huì)直接影響到混合材料所具備的剪切性能。在瀝青混合料的內(nèi)摩擦角φ、粘聚力C以及剪切強(qiáng)度三個(gè)指標(biāo)方面，均是30號(hào)瀝青混合料最大，其次是SBS改性瀝青混合料，最小的為70號(hào)瀝青混合料。

2)級(jí)配類(lèi)型對(duì)瀝青混合料剪切性能具有很大的影響。對(duì)于混合料的剪切強(qiáng)度、粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ三個(gè)剪切指標(biāo)均是中值級(jí)配的瀝青混合料最大，其次是S型級(jí)配，最小的為下限級(jí)配。

3)瀝青混合料的剪切強(qiáng)度隨著油石比的增加出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在略低于最佳油石比處達(dá)到最大剪切強(qiáng)度。在進(jìn)行混合料抗剪切設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)剪切試驗(yàn)以確定最佳剪切性能的油石比。

[1] 張宏超.瀝青路面初期損壞機(jī)理分析與對(duì)策研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)博士學(xué)位論文,2002:39- 49.

[2] 趙佳軍,黃志福.高速公路瀝青路面病害處治[J].華東公路,2000,8(1):125-130.

[3] 朱洪洲,黃曉明.瀝青混合料高溫穩(wěn)定性影響因素分析[J].公路交通科技,2004,21(4):1-8.

[4] JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 畢玉峰.瀝青混合料抗剪試驗(yàn)方法及抗剪參數(shù)研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué)道路與機(jī)場(chǎng)工程系博士學(xué)位論文，2004.

Research on the factors of shear performances for asphalt mixture

ZHAO Xun

(Changsha University of Science and Technology, Changsha 410076, China)

In order to study the influence of different factors on the shearing properties of asphalt mixture effect, based on the single penetration test and unconfined compression test, respectively on the asphalt type, aggregate gradation, asphalt content on asphalt mixture shear properties. The results show that: the type of asphalt will directly affect the shearing properties of asphalt mixture have, asphalt mixture of different asphalt types, which angle of internal frictionφ, cohesionCand shear strength of the three indicators of a larger difference， aggregate gradation has a great influence on shear properties of asphalt mixture, especially a great impact on cohesionCand shear strength of asphalt mixture.

asphalt mixture, shear strength, cohesion, angle of internal friction

1009-6825(2014)31-0129-03

2014-08-23

趙 尋(1986- )，男，在讀碩士

TU535

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