不同膠結料的大粒徑瀝青混合料三軸試驗

王寶同，王曉燕

（1.山東泰和公路工程有限公司，山東 淄博 256410；2.山東省交通科學研究院，山東 濟南 250031）

引言

瀝青路面是目前應用最廣泛的路面形式，但是存在高溫產生變形和低溫產生開裂等破壞現象。對于夏季高溫時，主要是因為瀝青混合料抗剪強度不足造成的；對于冬季低溫時，主要是因為瀝青混合料抗拉強度不足。Mohr-Coulomb 強度理論認為瀝青混合料的強度是由黏聚力和內摩擦角構成[1]。瀝青混合料的基本力學特性表現為彈黏性，強度的影響因素很多，主要是受加載速率、溫度變化的影響，其強度值與瀝青用量、試驗設備和方法、級配以及試驗條件等也有密切的關系。同時對于不同的試驗中試件的受力狀態不同，材料強度的性質也不相同[2]。

1 瀝青混合料強度理論

抗剪強度通過三軸試驗方法應用Mohr-Coulomb理論包絡線方程:

外力作用下材料不發生剪切滑動應具備條件：

式中：τ—外荷作用時，在某一面上產生的剪應力，kPa；c—材料的黏聚力，kPa；σ—外荷產生的正應力，kPa；φ—材料的內摩阻角，°。

2 三軸試驗

2.1 三軸試驗簡介

瀝青混合料三軸試驗的原理是使瀝青混合料試件處于三向受力狀態，與道路路面的實際受力基本相符，同時假定瀝青混合料是性質均勻的材料，通過摩爾理論進行瀝青混合料的抗剪性能的測試和計算，求出抗剪參數黏結力和內摩擦角。試驗采用以氣體為壓力的儀器，主要由圍壓施加系統、壓力室、數據采集和控制系統等組成。

2.2 試驗結果

采用旋轉壓實成型取芯，然后切割為直徑100 ±2.0 mm、高150±2.0 mm 的圓柱體試件。試驗溫度40±1 ℃，圍壓宜為4 級，分別為0 kPa、138 kPa、276 kPa 和414 kPa，按恒定的加載速率施加軸向荷載，使得軸向變形率恒定在0.05 mm/min，對于高度 150 mm 試件相當于加載速度7.5 mm/min。

試驗采用MAC 改性瀝青、SBS 改性瀝青、70#基質瀝青和橡膠改性瀝青，用旋轉壓實成型大粒徑瀝青混合料。四種瀝青膠結料的運動黏度見圖1。橡膠瀝青的黏度最大，MAC 瀝青與之相接近，70#基質瀝青為最小。

圖1 四種膠結料運動黏度比較

通過試驗得出MAC 改性瀝青混合料抗剪強度指標見表1。從數據變化可以看出，隨著圍壓的增大，第一主應力與第三主應力的差值也相應增大，同時破壞時的最大豎向荷載也相應增加，當圍壓增至 414 kPa 時，破壞力的增幅為最大，說明在路面設計及施工過程中，應保證大粒徑瀝青混合料合理的級配設計和充分的壓實，為瀝青路面提供足夠的邊界約束，實現提高瀝青混合料承載能力的重要因素。

表1 MAC 改性瀝青混合料抗剪強度指標

2.3 抗剪強度比較分析

四種不同膠結料瀝青混合料在414 kPa 圍壓下的抗剪強度見圖2、圖3。可以看出，隨著瀝青膠結料黏度的增加，瀝青混合料的抗剪強度由于改性瀝青黏度增加，混合料抗剪強度參數c 值增加，混合料破壞時的抗剪強度均有所提高，其中MAC 改性瀝青在破壞時主應力、其抗剪強度優于SBS 改性瀝青，橡膠瀝青由于黏度最高，整體抗剪性能均優于其他三類膠結料。

圖3 不同膠結料瀝青混合料破壞抗剪強度分布比較

3 結語

（1）瀝青混合料的三軸試驗能明顯地體現出不同膠結料的瀝青混合料的抗剪強度大小。（2）隨著瀝青膠結料黏度的增加，瀝青混合料的抗剪強度逐漸增大，抗剪性能增強。