瀝青混合料低溫抗裂性能的評價方法

馬金環

(唐山市豐潤區交通運輸局)

1 間接拉伸試驗

該試驗方法是在低溫條件下，通過加載壓條對Φ101.6 mm×63.5 mm的瀝青混凝土試件進行加載，獲得瀝青混合料的劈裂強度及垂直和水平變形，用于預測瀝青路面的開裂情況。但水平變形量測要求精度較高。

2 直接拉伸試驗

直接拉伸試驗，取試件尺寸為38.1 mm×38.1 mm ×101.6mm，試件的兩端由環氧樹脂粘貼在拉板上。試驗系統以緩慢的拉伸速率(一般為1.2×10-3～2.5×10-3mm/min)在低溫條件下加載拉伸，通過試驗得到的強度—溫度關系曲線可預估開裂溫度。

3 蠕變試驗

用彎曲蠕變試驗評價瀝青混合料的低溫抗裂性能，取試件尺寸為30mm×35mm×250mm，試驗溫度為0℃。蠕變變形曲線的一般形式如圖1所示。分為三個階段，第一階段為蠕變遷移階段，第二階段為蠕變穩定階段，第三階段為蠕變破壞階段。在蠕變穩定階段，荷載作用時間從t1到t2，應變由ε1增大到ε2，則蠕變速率大小

式中:σ0為試驗時瀝青混合料小梁下緣的蠕變彎拉應力，根據車輪荷載預估。

圖1 材料的蠕變過程

4 受限試件的溫度應力試驗

該法是美國戰略公路研究計劃(SHRP)推薦的評價瀝青混合料低溫抗裂性能的方法。試驗裝置如圖2所示，試件尺寸5 cm×5 cm×25 cm，試件端部與夾具用環氧樹脂黏結。降溫速率為10℃/h，試驗時測定冷卻過程中的溫度應力變化曲線如圖3所示。

由圖3可得到破斷溫度、破斷強度、溫度應力曲線斜率、轉折點溫度四個指標。

圖2 低溫受限試件溫度應力試驗裝置

圖3 溫度應力變化過程曲線

5 應力松弛試驗

瀝青路面在溫度驟降時產生的溫度收縮應力來不及松弛掉而被積累，乃至超過抗拉強度時，將發生開裂。因此應力松弛性能是評價瀝青混合料抵抗溫度開裂的重要性能指標。在此應力條件下，材料的變形系數用應力松弛模量表述。

應力松弛性能可由多種方法測定，如直接應力松弛試驗、彎曲應力松弛試驗以及由等速加載試驗或蠕變試驗經間接計算得到等。應力松弛模量越小，瀝青混合料應力松弛性能越好，低溫抗裂性能越好。同時該指標也是溫度開裂預估的重要力學參數。但應力松弛試驗所需儀器精度較高。

6 彎曲破壞試驗

低溫彎曲破壞試驗通常采用長250 mm，寬30 mm，高35 mm的小梁，其跨徑為200 mm，在-10℃ 的溫度環境下，以50 mm/min的速度，在跨中單點加載。在小梁斷裂時，記錄梁底最大彎拉應變。

用低溫彎曲破壞應變評價瀝青路面的低溫抗裂性能，概念明確，指標直觀、可控。控制指標的取值應根據氣候分區的特征，通過試驗確定。通常要求低溫彎曲破壞應變不小于2 000～2 600。