不同加載方式下瀝青混凝土低溫抗裂性能研究

蔡秀敏

摘要：為研究不同加載方式下瀝青混凝土的低溫抗裂性能，本文通過室內模擬沿海地區瀝青混凝土試塊，各小試塊分別經過質量濃度為0、5%、15%、20%的氯化鈉浸泡10d，選擇壓條的加載速度分別為1mm/min、3mm/min和5mm/min進行試驗，結果表明：當試塊未經過氯化鈉處理時所承受的最大抗拉強度值最大，隨氯化鈉質量濃度逐漸加大，試塊所承受的最大抗拉強度逐漸減小，且在試塊變形達到2mm以上是減小幅度較大;加載速度越大，同濃度氯化鈉處理的試塊所承受的最大抗拉強度越小，綜合說明氯鹽侵蝕對混凝土試塊影響較大，不同加載方式下混凝土的最大抗拉強度也不盡相同。

Abstract： In order to study the low temperature crack resistance of asphalt concrete under different loading modes， this paper simulates the asphalt concrete block in coastal areas through indoors. Each small test block passes through sodium chloride with mass concentration of 0， 5%， 15% and 20% respectively. After soaking for 10 days， the loading speed of the bead was selected as 1mm/min， 3mm/min and 5mm/min respectively. The results showed that the maximum tensile strength value of the test piece was the highest when it was not treated with sodium chloride. The sodium concentration is gradually increased， and the maximum tensile strength of the test piece is gradually reduced， and the deformation is larger when the deformation of the test block reaches 2mm or more. The higher the loading speed， the test block treated with the same concentration of sodium chloride， the smaller the maximum tensile strength is. The comprehensive explanation shows that the chloride salt erosion has a great influence on the concrete test block， and the maximum tensile strength of the concrete under different loading modes is also different.

關鍵詞：瀝青混凝土;加載速度;抗拉強度

Key words： asphalt concrete;loading speed;tensile strength

中圖分類號：TU528.42 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0108-03

0 ?引言

隨著科技的進步，近年來我國道路工程的建設有著眾多豐碩的成果，目前，我國道路路面主要分為水泥混凝土和瀝青混凝土，由于瀝青混凝土道路具有施工周期短、行車舒適振動小、產生的噪音小等優點慢慢的取代了傳統的水泥混凝土路面，被廣泛應用于我國大部分城市建設中。有研究報道，在我國目前已通車的高速公路中瀝青混凝土路面占到所有高速公路的80%以上，瀝青混凝土作為道路的面層，車輛在行駛時直接與其接觸，然而隨著我國運輸量以及汽車載重的增大，我國很多道路路面建設僅一年多就面臨路面開裂、損壞等眾多現象，這就對道路設計時提出了更高的要求，在設計時要對道路的強度、剛度及穩定性等方面進行嚴格的復核。

在我國西北以及沿海部分地區，由于土壤中鹽漬土較多，這些地區道路的破壞機理與其他地區又不盡相同。其中沿海地區由于海中鹽分較多，道路主要面對的是海水的浸蝕，西北地區道路損壞主要是受到鹽漬土的影響，鹽漬土中氯鹽含量較多，一旦跟雨水混合很容易使道路基層土壤軟化而喪失承載能力，在晝夜溫差的影響下，基層土壤在低溫時易結晶進而引起土壤膨脹，高溫時會脫水融化進而引起土壤收縮，反復作用下基層土質疏松、面層斷裂，從而影響道路的平整度等一系列影響行車安全的問題。隨著交通量的增加，為提高土地的利用率，在很多城市均出現了立交橋的道路形式，一旦出現大雨、大雪天氣，道路上積雪過多極易引起交通事故，為加快積雪的清除速率，目前大部分國家均是在路面上噴灑融雪劑（主要為氯鹽類），在國外一般都把這類融雪劑稱為“化冰鹽”，主要包括氯化鉀、氯化鈣、氯化鎂等，但氯鹽類融雪劑若噴撒過多易造成路面腐蝕，這給道路的維修養護帶來了極大的不便，我國每年在道路維修養護方面都投入了大量的經濟支持，造成了大量的人力、物力的浪費。混凝土的低溫抗裂性能試驗主要評價指標是抗拉強度，試驗主要加載方法是軸向加載，本文擬通過制作混凝土試塊（分別在不同質量濃度的氯化鈉中浸泡），研究在加載速率為1mm/min、3mm/min和5mm/min時混凝土試塊的抗拉強度，研究結論以期為進一步了解混凝土開裂機理提供理論參考。

1 ?試驗材料及方法

根據《瀝青混合料制作試驗規程》TO7O3-1993中混凝土制作相關方法，使用SBS改性瀝青作為材料，制作出長寬高分別為250mm、30mm和30mm的混凝土試塊若干塊，采用游標卡尺檢驗試塊制作的質量，將卡尺卡在試塊各斷面的兩端，當高程差與標準值相差2mm時試塊作廢，隨后將制作好的試塊分別放在質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉溶液中浸泡10天，浸泡完成后取出讓其自然風干，將試塊置于溫度為00C的環境箱中。采用壓條加載于混凝土的軸向方向，不同的試塊分別采用1mm/min、3mm/min和5mm/min的加載速率施壓，研究各試塊的抗拉強度，本試驗主要儀器為微機控制材料試驗機（武漢佳美工業有限公司 ?WHST-4103 150kW），該儀器的主要優點是可以實現數據的自動輸出。

試驗步驟：選用50kN、測定精密度為10N的力傳感器安裝于試驗機上，從環境箱中取出試塊置于試驗機操作平臺上，在試塊的上下方均放置壓條（放置時壓條應與試件端面的標記對齊），分別以1mm/min、3mm/min和5mm/min的加載速率施壓制作試件斷裂，記錄試件斷裂時的最大荷載PA，試塊抗拉強度計算公式如下：

式中：RA為試件的抗拉強度（MPa）;PB為試件斷裂時最大荷載（N）;h為試件的高度（mm）。

2 ?結果與分析

不同加載速度下各濃度氯化鈉試塊的荷載-變形曲線見圖1，由圖1（a）分析可知：當加載速度為1mm/min時，變形為0mm時，各濃度氯化鈉試塊均沒有施加荷載，當變形為0.5mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為3310N、2680N、1520N、2450N和1727N;當變形為1mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為12128N、14375N、6721N、14362N和16840N;當變形為1.5mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為24352N、29300N、16731N、19214N和23650N;當變形為2mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為31245N、8150N、25320N、16537N和10145N;當變形為2.5mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為2435N、29300N、9138N、7540N和7821N;當變形為3mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為1357N、3124N、8250N、5234N和7241N;進一步分析可知：未添加氯化鈉的試塊在變形為2mm左右時施加的荷載最大，經過質量濃度為5、15%、20%的氯化鈉處理的試塊在變形為1.5mm左右時施加的荷載最大，經過質量濃度為10%的氯化鈉處理的試塊在變形為2mm左右時施加的荷載最大。

由圖1（b） 分析可知：當加載速度為3mm/min時，變形為0mm時，各濃度氯化鈉試塊均沒有施加荷載，當變形為0.5mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為3750N、4335N、2723N、1858N和1418N;當變形為1mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為9128N、12364N、4916N、13625N和16583N;當變形為1.5mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為23348N、27516N、4916N、13627N和16583N;當變形為2mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為31874N、27518N、19463N、14380N和10124N;當變形為2.5mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為1876N、5724N、6713N、8243N和6738N;當變形為3mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為1936N、2845N、5430N、2517N和4615N;進一步分析可知：未添加氯化鈉的試塊在變形為2mm左右時施加的荷載最大，經過質量濃度為5、20%的氯化鈉處理的試塊在變形為1.5mm左右時施加的荷載最大，經過質量濃度為10%、15%的氯化鈉處理的試塊在變形為2mm左右時施加的荷載最大。

由圖1（c） 分析可知：當加載速度為5mm/min時，變形為0mm時，各濃度氯化鈉試塊均沒有施加荷載，當變形為0.5mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為3124N、5417N、3689N、1642N和1315N;當變形為1mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為7326N、14375N、5263N、15712N和18439N;當變形為1.5mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為21216N、29314N、19417N、13298N和15263N;當變形為2mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為12530N、4735N、11450N、6721N和8540N;當變形為2.5mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為2535N、8721N、4917N、11350N和8540N;當變形為3mm時，質量濃度為0、5%、10%、15%、20%的氯化鈉試塊施加的荷載分別為2435N、5726N、9138N、6540N和8517N;進一步分析可知：未添加氯化鈉的試塊在變形為2mm左右時施加的荷載最大，經過質量濃度為0、5%、15%的氯化鈉處理的試塊在變形為2mm左右時施加的荷載最大，經過質量濃度為20%的氯化鈉處理的試塊在變形為1.5mm左右時施加的荷載最大。

不同加載速度下試塊抗拉強度與濃度的關系如圖2所示，分析可知：未經過氯化鈉的試塊，當加載速度為1mm/min、3mm/min、5mm/min時試塊承受的最大抗拉強度分別為3.1MPa、2.83MPa、2.51MPa;經過質量濃度為5%的氯化鈉處理的試塊，當加載速度為1mm/min、3mm/min、5mm/min時試塊承受的最大抗拉強度分別為2.84MPa、2.62MPa、2.19MPa，經過質量濃度為1%的氯化鈉處理的試塊，當加載速度為1mm/min、3mm/min、5mm/min時試塊承受的最大抗拉強度分別為2.53MPa、2.31MPa、1.82MPa;經過質量濃度為10%的氯化鈉處理的試塊，當加載速度為1mm/min、3mm/min、5mm/min時試塊承受的最大抗拉強度分別為2.53MPa、2.31MPa、1.82MPa;經過質量濃度為15%的氯化鈉處理的試塊，當加載速度為1mm/min、3mm/min、5mm/min時試塊承受的最大抗拉強度分別為2.35MPa、2.19MPa、1.6MPa;經過質量濃度為20%的氯化鈉處理的試塊，當加載速度為1mm/min、3mm/min、5mm/min時試塊承受的最大抗拉強度分別為2.21MPa、2.13MPa、1.43MPa。

對圖1和圖2綜合分析表明：當試塊未經過氯化鈉處理時所承受的最大抗拉強度值最大，隨氯化鈉質量濃度逐漸加大，試塊所承受的最大抗拉強度逐漸減小，且在試塊變形達到2mm以上是減小幅度較大;加載速度越大，同濃度氯化鈉處理的試塊所承受的最大抗拉強度越小，表明氯鹽侵蝕對混凝土試塊影響較大，不同加載方式下混凝土的最大抗拉強度也不盡相同。

3 ?結論

為研究不同加載方式下瀝青混凝土的低溫抗裂性能，本文通過室內模擬沿海地區瀝青混凝土試塊，各小試塊分別經過質量濃度為0、5%、15%、20%的氯化鈉浸泡10d，選擇壓條的加載速度分別為1mm/min、3mm/min和5mm/min進行試驗，結果表明：當試塊未經過氯化鈉處理時所承受的最大抗拉強度值最大，隨氯化鈉質量濃度逐漸加大，試塊所承受的最大抗拉強度逐漸減小，且在試塊變形達到2mm以上是減小幅度較大;加載速度越大，同濃度氯化鈉處理的試塊所承受的最大抗拉強度越小，綜合說明氯鹽侵蝕對混凝土試塊影響較大，不同加載方式下混凝土的最大抗拉強度也不盡相同。

參考文獻：

[1]朱沅峰，吳超凡，張繼森，等.3種添加劑溫拌瀝青混合料使用性能比較[J].公路，2011（7）：202-206.

[2]楊耀輝，宋劍鵬，何建新，等.瀝青混凝土水穩定性影響因素分析[J].新疆農業大學學報，2016（6）：53-57.

[3]童小飛，葛俊.高速公路橋涵過渡段優化設計施工方案分析[J].建筑科技，2017，12：22-25.

[4]田顏.水泥摻量對筑壩用瀝青混凝土長期 水穩定性影響的分析[J].水利科技與經濟，2017（7）：97-101.

[5]王志君.農村公路養護技術方案研究與應用[D].山東大學，2010.

[6]樊葉華.大跨徑鋼橋面澆注式瀝青混凝土鋪裝技術研究[D].東南大學，2004.

[7]康建.探究公路工程管理中的問題與改善[J].工程建設與設計，2018，11：208-209.

[8]劉福軍.玄武巖纖維瀝青混合料路用性能研究[D].哈爾濱工業大學，2010.

[9]郝北一.水泥對瀝青膠漿性能的影響分析[J].交通建設與管理，2014（20）：41-43.