瀝青混合料蠕變特性試驗研究★

姚 晨 馬志新 楊志峰

(1.長沙理工大學，湖南 長沙 410004； 2.新疆維吾爾自治區公路管理局葉城管理局，新疆 喀什 844900； 3.江西交通咨詢公司，江西 南昌 330025)

瀝青混合料蠕變特性試驗研究★

姚 晨1馬志新2楊志峰3

(1.長沙理工大學，湖南 長沙 410004； 2.新疆維吾爾自治區公路管理局葉城管理局，新疆 喀什 844900； 3.江西交通咨詢公司，江西 南昌 330025)

針對五種瀝青混合料組成的瀝青路面結構，采用三軸重復加載永久變形試驗對瀝青混合料的流變特性進行了試驗研究，根據試驗結果，利用多元非線性回歸方式獲得基于Bailey-Norton模型的瀝青混合料的高溫蠕變參數，研究結果為瀝青路面結構與材料的高溫變形設計提供理論支撐。

瀝青混合料，三軸重復加載試驗，蠕變，參數

0 引言

我國瀝青路面發展至今，總里程數已躍居世界第一，然而高溫車轍病害始終存在于瀝青路面中[1-4]。為了解決瀝青路面高溫永久變形問題，各類瀝青改性劑，如SBS,SBR、巖瀝青等材料被廣泛應用。而瀝青路面的永久變形與瀝青混合料的蠕變性能相關，本文以基質瀝青、SBS改性瀝青、SBR改性瀝青、摻入煤瀝青的混合瀝青以及溫拌改性瀝青等5類瀝青結合料形成的瀝青混合料為研究對象，模擬荷載作用下瀝青路面永久變形行為，采用三軸剪切疲勞試驗研究了瀝青混合料的剪切蠕變規律；基于時間硬化模型獲取材料的蠕變參數，研究結果對瀝青路面結構永久變形預估提供了可靠的材料參數，并得出了瀝青混合料的蠕變性能機理。

1 原材料

對5種瀝青混合料進行試驗研究，級配采用AC-13C，集料為玄武巖礦料。瀝青結合料分別為：

1)90號石油瀝青；

2)“70%石油瀝青90號+30%煤瀝青”混合制備成的結合料；

3)“溫拌改性劑+70%石油瀝青90號+30%煤瀝青”混合制備的結合料；

4)“SBS+70%石油瀝青90號+30%煤瀝青”混合制備的結合料；

5)“SBR+70%石油瀝青90號+30%煤瀝青”混合制備的結合料。

按照馬歇爾設計規程對上述5種瀝青混合料進行最佳油石比設計，瀝青混合料路用性能均滿足《公路工程瀝青路面施工技術規范》的相關技術要求。

2 三軸重復加載永久變形試驗

根據AASHTO320試驗規程，對三軸壓縮試驗單次極限加載的方式進行改進，利用通用材料試驗系統(UTM)進行重復剪切加載，進行三軸重復加載永久變形試驗。試件選用高150 mm、直徑100 mm的圓柱形試件(φ100 mm×H150 mm)，試驗溫度為60 ℃，加載圍壓為138 kPa。偏應力為0.3 MPa/0.5 MPa/0.7 MPa或者0.5 MPa/0.7 MPa/0.9 MPa，具體根據試驗過程中的數據確定，首先做0.5 MPa與0.7 MPa偏應力的試驗，而后再確定是采用0.3 MPa還是0.9 MPa進行試驗。加載波形為加載1 s、卸載1 s的方波。以加載5 000次或者試件完全發生剪切破壞、剪切應變不再增加作為試驗結束條件。

3 試驗結果分析

通過上述三軸重復加載永久變形試驗，可以得出5種瀝青混合料在不同加載力條件下的剪切永久變形與作用次數間的關系曲線，具體試驗結果如圖1所示。

由圖1可以看出：

1)瀝青混合料在荷載重復作用下，會出現3階段的變形規律，即迅速壓密的遷移期、變形線性增大的穩定期和變形迅速發展的破壞期。

在同一溫度和應力作用下，永久變形隨荷載作用次數的增加而增大，穩定期永久應變發展速率增大且破壞期會提前到來。在試驗中，除90號石油瀝青混合料在0.7 MPa、溫拌混合瀝青混合料在0.5 MPa作用下試件出現反彎點外，絕大部分試驗的永久變形曲線均未出現明顯的永久應變變化率最小點，即仍處于穩定期。

2)5種瀝青混合料在荷載作用次數的變化下，其永久應變的變化規律基本一致，但瀝青原材料性能對混合料的永久應變具有明顯影響。

在0.7 MPa偏應力水平下，SBS改性混合瀝青混合料、SBR改性混合瀝青混合料、溫拌混合瀝青混合料要優于混合瀝青混合料、90號石油瀝青混合料；在0.9 MPa偏應力水平下，SBS改性混合瀝青混合料優于SBR改性混合瀝青混合料和混合瀝青混合料。

4 材料高溫蠕變參數研究

瀝青混合料的流變特性可用蠕變模型進行描述[5-9]，即材料的變形εc是與溫度T、應力σ和時間t相關函數。在ABAQUS軟件中，材料高溫蠕變模型采用Bailey-Norton公式進行表征，其表達式為[5]：

(1)

根據高溫剪切疲勞試驗數據，采用Datafit軟件包進行多元非線性回歸，獲得60 ℃下5類瀝青混合料的高溫蠕變參數如表1所示。

表1 不同瀝青混合料的非線性蠕變參數

5 結語

針對五類瀝青混合料，采用三軸重復荷載永久變形試驗分別評價了混合料的高溫剪切性能，而后對試驗數據進行非線性回歸分析，得到了材料高溫蠕變參數。主要結論如下：

1)瀝青混合料在重復荷載作用下，會出現遷徙期(迅速壓密)、穩定期(變形線性增大)和破壞期(變形迅速發展)三階段變形。

2)在五類瀝青混合料中，對于提高路面整體結構的高溫抗車轍能力方面，性能最優的為SBS改性混合瀝青混合料，余下依次為溫拌混合瀝青混合料>混合瀝青混合料>SBR改性混合瀝青混合料>90號石油瀝青混合料。

3)利用Bailey-Norton蠕變模型，回歸得出五類瀝青混合料的蠕變參數，為瀝青路面結構永久變形預估提供了基礎參數。

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Performance evaluation of creep characteristic of asphalt mixes★

Yao Chen1Ma Zhixin2Yang Zhifeng3

(1.ChangshaUniversityofScience&Technology,Changsha410004,China;2.YechengDepartment,RoadAdministrationofXinjiangProvince,Kashi844900,China;3.JiangxiTransportConstructionCompany,Nanchang330025,China)

For different types of asphalt pavement structures combined with five asphalt mixes, the repeated triaxial shear tests were conducted to obtain the rheological characteristics of the five pavement materials firstly. And then, the creep parameters of pavement materials were fitted with nonlinear multi-regression based on Bailey-Norton model. The research findings provide technologies foundation for high temperature performance design of pavement structures and materials of steel deck pavement.

asphalt mixture, repeated triaxial shear test, creep, parameter

2015-02-27★：江西省交通廳科技項目(項目編號：2011C0063)

姚 晨(1985- )，男，在讀工程碩士

1009-6825(2015)13-0121-02

U414.1

A