瀝青混合料剪切性能影響因素研究

趙 尋

(長沙理工大學,湖南 長沙 410076)

瀝青混合料剪切性能影響因素研究

趙 尋

(長沙理工大學,湖南 長沙 410076)

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

瀝青混合料，剪切強度，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度的因素有內(nèi)外雙重因素[1,2]。外因在現(xiàn)實道路設(shè)計與運行過程中并非工程人員所能控制的因素，故本文未對其進行考慮。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集料棱角性)、級配組成、瀝青類型及油石比等。有研究[3]表明，瀝青混合料的內(nèi)在影響因素對其剪切性能起主要決定作用。因此，本文采取單軸貫入試驗方法結(jié)合無側(cè)限抗壓試驗來找出上述各因素對混合料剪切性能的影響規(guī)律并對其進行分析。

1 原材料與試驗方法

本文試驗中所用到的試驗材料有，粗集料：白云巖；細集料：石灰?guī)r；礦粉：由石灰?guī)r磨細得到；瀝青：泰普克30號A級瀝青、泰普克70號A級瀝青、SBS改性瀝青。各種原材料的技術(shù)指標均符合規(guī)范[4]要求。對于級配的選擇，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級配。

瀝青混合料剪切強度試驗采用單軸貫入試驗進行[5]，單軸貫入試驗中壓頭的尺寸采用φ42 mm便可滿足試驗精度的要求。試驗中的試件采用旋轉(zhuǎn)壓實(SGC)100次成型的旋轉(zhuǎn)壓實試件，試件尺寸：φ150 mm×100 mm，試驗在UTM試驗機上進行，加載速率：1 mm/min，試驗溫度：60 ℃。

2 瀝青混合料剪切強度影響因素

2.1 瀝青類型

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

通過對圖1，圖2分析可以得出以下結(jié)論：

1)在采用相同級配的情況下，30號基質(zhì)瀝青的剪切強度最大，SBS改性瀝青次之，70號基質(zhì)瀝青剪切性能最差。說明瀝青類型的高溫性能對瀝青混合料的剪切強度具有很大的影響。

2)30號基質(zhì)瀝青的粘聚力C最大，其次是SBS改性瀝青與70號瀝青。三種瀝青的粘聚力C的變化趨勢與瀝青混合料剪切強度的變化趨勢一致，說明對于瀝青混合料的剪切強度，瀝青的粘聚力C對其具有較大的影響。

2.2 級配類型

為了研究不同級配組成對瀝青混合料剪切強度的影響，采用AC-20下限，AC-20中值和AC-20S三種級配在70號基質(zhì)瀝青的最佳油石比下成型試件，并進行試驗。三種不同級配組成見表1，其試驗結(jié)果如圖3和圖4所示。

表1 AC-20三種不同級配通過率

根據(jù)圖3，圖4可以得出以下結(jié)論：

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

2)三種級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，都是中值級配具有最大的粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ，其次為S型級配和下限級配。

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行試驗。試驗結(jié)果如圖5和圖6所示。

從圖5，圖6可以看出，瀝青混合料剪切強度值隨著油石比的增大呈現(xiàn)出凸形拋物線趨勢變化，粘聚力C值則呈現(xiàn)出遞增的趨勢，而內(nèi)摩擦角φ值則呈現(xiàn)出遞減的趨勢。剪切強度峰值也未出現(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指標確定的，并不是強度峰值所對應(yīng)的油石比。

3 結(jié)語

1)瀝青的類型會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以及剪切強度三個指標方面，均是30號瀝青混合料最大，其次是SBS改性瀝青混合料，最小的為70號瀝青混合料。

2)級配類型對瀝青混合料剪切性能具有很大的影響。對于混合料的剪切強度、粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ三個剪切指標均是中值級配的瀝青混合料最大，其次是S型級配，最小的為下限級配。

3)瀝青混合料的剪切強度隨著油石比的增加出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在略低于最佳油石比處達到最大剪切強度。在進行混合料抗剪切設(shè)計時，可根據(jù)剪切試驗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理分析與對策研究[D].上海：同濟大學博士學位論文,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方法及抗剪參數(shù)研究[D].上海:同濟大學道路與機場工程系博士學位論文，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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