內(nèi)部裂隙對瀝青路面力學(xué)性能和路用性能的影響分析

何佼蓮

（貴州省公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

瀝青路面的力學(xué)和路用性能受到其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響，在實際工程中，由于瀝青混合料的離析等因素，會使其內(nèi)部出現(xiàn)裂隙，因此，研究其對路面結(jié)構(gòu)的影響，具有十分重要的現(xiàn)實意義[1]。

1 內(nèi)部裂隙對瀝青路面抗彎拉強(qiáng)度的影響

1.1 試件制作及試驗方法

通過三點彎曲試驗，探討了不同裂隙對瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度的影響。

（1）將不同體積的砂粒按技術(shù)要求采用錫箔包覆，制成正常工況下的車轍板試件，其內(nèi)部裂隙系數(shù)分別為0.5%、1%、1.5%、2%。

（2）該文所用的瀝青是 SBS改性瀝青，試樣在成形48小時后進(jìn)行脫模，按三點彎曲試驗法測定其抗彎強(qiáng)度，每種工況分別選用3個小梁試件。

（3）采集試驗數(shù)據(jù)，并將試驗得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

1.2 三點彎曲試驗結(jié)果及分析

按照規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，三點彎曲強(qiáng)度試驗結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，繪制出彎拉強(qiáng)度隨內(nèi)部裂隙系數(shù)變化關(guān)系的曲線圖，如圖1所示。

圖1 抗彎拉強(qiáng)度隨混合料內(nèi)部裂隙系數(shù)變化曲線

表1 三點彎曲強(qiáng)度試驗實測數(shù)據(jù)

通過對試驗資料和圖象的分析，發(fā)現(xiàn)小梁試件的彎曲強(qiáng)度隨裂縫的增大而降低。

隨著裂縫的增大，小梁結(jié)構(gòu)的抗彎拉強(qiáng)度降低的幅度呈增大趨勢。在混凝土中裂縫系數(shù)為2%的情況下，小梁的彎曲強(qiáng)度最大值為12.7%，其彎曲強(qiáng)度累計下降34.6%，表明裂縫對混凝土的彎曲強(qiáng)度影響較大，有很大的降低作用[2]。

2 內(nèi)部裂隙對瀝青路面抗剪強(qiáng)度的影響

2.1 試件制作及試驗方法

采用抗剪承載力測試方法，對混凝土路面的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了分析。

（1）制備馬歇爾試件，在正常條件下，內(nèi)部裂隙系數(shù)分別設(shè)定0.5%、1%、1.5%、2%的馬歇爾試樣。

（2）每種工況采用3組平行試驗，采集試驗數(shù)據(jù)，并將試驗得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析[3]。

2.2 抗剪強(qiáng)度試驗結(jié)果及分析

按照規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，剪切試驗結(jié)果如表2所示。

表2 剪切試驗實測數(shù)據(jù)

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，繪制出抗剪強(qiáng)度隨內(nèi)部裂隙系數(shù)變化關(guān)系的曲線圖，如圖2所示。

圖2 抗剪強(qiáng)度隨混合料內(nèi)部裂隙系數(shù)變化曲線

從試驗資料和現(xiàn)場實物圖片可以看出，隨著裂縫的增大，試樣的剪切強(qiáng)度會降低，而裂縫的出現(xiàn)會削弱整體的剪切強(qiáng)度。

在含裂縫的試件中，試樣的剪切強(qiáng)度降低4.0%，而在2%以內(nèi)部裂隙系數(shù)時，最大值為8.5%，但此試件的剪切強(qiáng)度則降低20.5%。內(nèi)部裂隙在同一增加幅度下，內(nèi)部裂隙對其抗彎強(qiáng)度的影響較大，而對其抗剪強(qiáng)度的影響則相對較小。

3 內(nèi)部裂隙對瀝青路面高溫穩(wěn)定性的影響

3.1 試件制備及試驗方案

采用高溫車轍試驗方法，對瀝青路面的高溫穩(wěn)定性能進(jìn)行了分析。

（1）按試驗要求，制作正常工況下車轍板試件，其內(nèi)部裂隙系數(shù)為0.5%、1%、1.5%、2%。

（2）同一工況下至少平行試驗3個試件，試驗采用ZCZ-10型自動車轍試驗儀[4]。

3.2 車轍試驗試驗結(jié)果及分析

按照規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，車轍試驗結(jié)果如表3所示。

表3 瀝青混合料車轍試驗結(jié)果

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)，繪制出動穩(wěn)定度隨內(nèi)部裂隙系數(shù)變化關(guān)系的曲線圖，如圖3所示。

圖3 動穩(wěn)定度隨混合料內(nèi)部裂隙系數(shù)變化曲線圖

根據(jù)試驗資料和影像資料的分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)內(nèi)部裂隙系數(shù)增加時，瀝青混合料的動穩(wěn)定度會降低。在0%~1%的情況下，試樣的動穩(wěn)定度減小很小，而在1%以上的內(nèi)部裂隙系數(shù)，則表現(xiàn)出更大的變化，試件的動穩(wěn)定度明顯下降。

觀測圖像結(jié)果，聚合物內(nèi)部裂隙與試件的動穩(wěn)定性之間具有良好的線性關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.978，從而為研究裂縫對路面高溫穩(wěn)定性的影響提供了理論基礎(chǔ)。

4 內(nèi)部裂隙對瀝青路面低溫抗裂性的影響

4.1 試件制備及試驗方案

采用低溫彎曲試驗，探討了不同溫度下裂縫對瀝青路面的抗裂性能的影響[5]。

（1）制作正常工況下，內(nèi)部裂隙系數(shù)為0.5%、1%、1.5%、2%的車轍板。

（2）該文所選用的瀝青是 SBS改性瀝青，對其抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變、彎曲勁度模量、斷裂能等指標(biāo)進(jìn)行了分析，并對其進(jìn)行了研究。

4.2 低溫彎曲試驗試驗結(jié)果及分析

按照規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，試驗結(jié)果如表4所示。

表4 低溫彎曲試驗結(jié)果

根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)，繪制關(guān)系曲線圖，試件的抗彎拉強(qiáng)度變化曲線圖如圖4~6所示。

圖4 抗彎拉強(qiáng)度隨混合料內(nèi)部裂隙系數(shù)變化曲線圖

從測試數(shù)據(jù)和試驗統(tǒng)計分析圖4~6，可以看出：

（1）從圖4中可以看出，由于內(nèi)部裂隙的持續(xù)增加，小梁試件的抗彎強(qiáng)度降低，而曲線坐標(biāo)擬合后，其內(nèi)部裂隙系數(shù)的方程為SB=?0.334 3λ2?1.445 4λ+12.399，通過此方程，可得出內(nèi)部裂隙與抗彎拉強(qiáng)度呈二次指數(shù)型的線性關(guān)系。

（2）從圖5可知，由于內(nèi)部裂隙的持續(xù)增加，小梁試件的最大彎拉應(yīng)變值降低，曲線上的坐標(biāo)擬合，可以得出最大彎拉應(yīng)變與內(nèi)部裂隙系數(shù)之間的關(guān)系式為εB=-87λ2-50.7λ+3 002.6，由方程可知，內(nèi)部裂隙系數(shù)與彎拉強(qiáng)度呈二次指數(shù)關(guān)系。

圖5 最大彎拉應(yīng)變隨混合料內(nèi)部裂隙系數(shù)變化曲線圖

（3）通過對圖6的分析可知，相同的瀝青混合料，內(nèi)部裂隙越大，其彎曲勁度模量越低。內(nèi)部裂隙系數(shù)為在0.5%、1%、1.5%、2%時，試件彎曲勁度模量比正常試件降低2.20%、7.79%、7.68%、5.01%。從試驗結(jié)果可以看出，隨著裂縫系數(shù)的增加，試件的彎曲勁度模量減小的程度沒有顯著的規(guī)律性；由方程式可知，內(nèi)部裂隙系數(shù)和彎曲勁度模量之間存在著線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為平方R2=0.976 4，說明兩者之間存在著很高的相關(guān)性。

圖6 彎曲勁度模量隨混合料內(nèi)部裂隙系數(shù)變化曲線圖

（4）三幅圖象的綜合對比表明，內(nèi)部裂隙對試件的抗彎拉強(qiáng)度、最大彎拉應(yīng)變影響較為明顯，而對試件勁度模量影響不大。

5 結(jié)論

綜上所述，該文著重探討了瀝青路面的內(nèi)部裂隙對其力學(xué)和道路使用性能的影響，主要研究結(jié)論如下：

（1）小梁試件的彎拉強(qiáng)度隨裂縫的增加而降低；在相同的內(nèi)部裂隙增加幅度下，試件的抗彎拉強(qiáng)度降低程度呈逐步增加狀態(tài)，而在2%以內(nèi)部裂隙系數(shù)時，其抗彎拉強(qiáng)度的降低最大[6]。

（2）抗剪試驗結(jié)果顯示：整體抗剪強(qiáng)度隨著裂縫的增加而降低，但內(nèi)部裂隙對瀝青混凝土的抗彎強(qiáng)度影響較大；對抗剪強(qiáng)度的作用不明顯。

（3）車轍試驗結(jié)果顯示：內(nèi)部裂隙對高溫穩(wěn)定有一定的影響，且隨著裂縫的增加，其高溫穩(wěn)定性會逐漸降低。

（4）低溫彎曲試驗結(jié)果顯示：內(nèi)部裂隙對試樣的低溫抗裂性有一定的影響，且隨裂縫的增加低溫抗裂性逐漸降低。但內(nèi)部裂隙對試件的彎拉強(qiáng)度和最大彎拉應(yīng)變有顯著的影響，而對試件的勁度模量影響不大。