中外沥青混合料高低温稳定性评价方法

发表时间:2021/5/14   来源:《基层建设》2021年第2期   作者:李想
[导读] 摘要:我国沥青路面易出现车辙、开裂等病害。为减少沥青路面因温度而出现的病害,本文从沥青混合料高低温稳定性评价指标应关注的问题出发,通过研究、比较国内外沥青混合料高低温稳定性评价方法,指出国内外试验方法的不同,总结目前我国沥青混合料高低温稳定性指标试验方法的不足。

        重庆交通大学 土木工程学院  重庆  400074
        摘要:我国沥青路面易出现车辙、开裂等病害。为减少沥青路面因温度而出现的病害,本文从沥青混合料高低温稳定性评价指标应关注的问题出发,通过研究、比较国内外沥青混合料高低温稳定性评价方法,指出国内外试验方法的不同,总结目前我国沥青混合料高低温稳定性指标试验方法的不足。
        关键词:沥青混合料、高温稳定性、低温稳定性、评价方法
        0引言
        我国公路修建总里程大[1],但耐久性差。目前,国际上已经出现了设计使用年限为50a的长寿命沥青路面[2]。国内沥青路面的使用年限与长寿命沥青路面相比所差甚远,需高度重视沥青路面耐久性问题,而沥青混合料高低温稳定性与沥青路面耐久性有着密切关系。
        1.车辙试验评价高温稳定性的可靠性
        车辙问题是影响我国沥青路面耐久性的最关键因素之一。目前我国对待车辙的处理方式一般是铣刨重铺,治理车辙病害的成本远超其他病害。
        我国的车辙仪沿用日本和英国道路研究所的方法,用车辙仪进行轮碾试验评价沥青混合料的高温稳定性。我国车辙试验的试验方法是将尺寸为 的车辙板在60℃的试验条件下采用硬质橡胶实心轮以42次/min的速度进行往返碾压60min,车辙试验的最终结果是动稳定度,最终采用动稳定度来评测沥青混合料的高温稳定性。
        法国车辙试验的试验方法是将沥青混合料装在尺寸为 的试模中,形成沥青混合料试件。在60℃的试验条件下用采用ORNIEREUR大型充气胶轮进行碾压30000次,而后测得相对变形[3-5]。
        德国使用汉堡车辙试验仪,汉堡车辙试验不仅可以评价抗车辙能力还可以评价剥落性能,主要用于一些交通量大的道路,该试验方法在美国也广泛应用[6]。汉堡车辙仪试验的试件形状为板状或圆柱状,试验轮为钢轮,在沥青混合料试件上以52次/min的速率反复进行碾压20000次,或者当试件发生20mm变形的时候停止试验[7],试验可以在空气条件、浸水条件下进行。试验温度、加载次数、最大压痕、蠕变斜率、剥落斜率、剥落变形点都作为汉堡车辙试验的评价指标。
                           表1三种车辙试验参数对比

        我国车辙试验试验轮在车辙板上作用次数过小导致沥青混凝土还未来得及发生失稳型永久变形的时候,车辙试验已经结束了,而我们仅仅评价了沥青混凝土稳定阶段的变形,并未评价何时发生失稳变形及失稳阶段产生的车辙的程度。忽略了失稳变形后沥青混合料的变形形态是我国车辙试验方法最需要改进的地方。目前国际上不论是法国还是德国的车辙试验又或是美国的APA试验,试验轮在沥青混凝土试件上作用的次数都远超于我国的车辙试验试验轮在试件上的作用次数。经过对比分析我国车辙试验是存在缺陷的,中国车辙试验应该对试验轮在车辙板上的作用次数进行增加,或者提高车辙试验的试验温度,使沥青混合料提前发生失稳变形。
        2.低温开裂评价方法的可靠性
        低温开裂也是我国沥青路面常见的病害。我国北方沥青路面在冬季随着温度下降,沥青路面内部的温度应力会快速增加直至超过沥青混合料的强度从而发生路面开裂[8]。研究表明,在沥青混合料中,沥青的温缩系数远大于集料的温缩系数,沥青的低温性能决定了80%的沥青混合料的低温性能[9]。
        我国低温开裂试验方法是从日本引进而来,日本沥青混合料低温开裂的试验方法与我国大致相同。我国沥青混合料的低温开裂的试验方法主要是低温小梁弯曲试验。我国小梁弯曲试验的试验方法是,将车辙试验中成型的车辙板制作成 的长条形试件借助MTS材料试验机,在-10℃温度、跨径200mm条件下进行。小梁弯曲试验所用的沥青混合料试件是非常小的,这种情况下会出现粗集料的粒径大于试件的高度,这将导致低温弯曲试验的应变会非常小,但是如果把试件的尺寸扩大,试验结果可能会发生较大的变化。由此集料的最大粒径和试件厚度的关系是我们在进行小梁弯曲试验是要特别关注的,如果忽略了集料最大粒径和试件厚度的关系,那么小梁弯曲试验的试验结果是不精确的。
        日本的试验温度为-15℃~15℃,值得注意的是日本低温弯曲试验的试件尺寸是 ,日本的试件厚度远大于我国的试验厚度,所以日本的试验方法避免了集料最大粒径和厚度之间的矛盾。虽然我国沥青混合料的低温开裂试验的试验方法借鉴了日本,但是我国采用了小梁进行弯曲试验,而日本采用的是中大梁进行弯曲试验,虽然我国的试验方法较日本的更加简便,但是事实证明依旧是日本的试验方法更科学。
        除了中国和日本的试验方法,目前国际上有多种试验方法评价沥青混合料低温开裂性能,Indirect Tensile Test(IDT)、Semi Circular Bend(SCB)、Disk Shaped Compact这三种方法是目前国际上应用比较多的三种试验方法,不论是这三种试验方法的哪一种,评价标准都是能量或者是开裂指数,它们都既考虑了应力又考虑了应变。反观我国的评价标准,我们仅仅考虑了应变,这也是我国沥青混合料满足规范要求,但是沥青路面依旧出现低温开裂现象的一个主要原因。
        3总结
        (1)我国的车辙试验主要缺点是试验轮在车辙板上的作用次数过少,不足以使试件发生失稳型车辙。我国应提高试验轮作用次数,使车辙板发生失稳型车辙,或提高车辙试验试验温度使车辙板失稳提前。
        (2)为解决集料最大粒径和试验试件厚度之间的矛盾,我国可以加大试件尺寸,由小梁改为中大梁。我国小梁弯曲试验仅仅考虑了应变,目前国际上低温开裂试验的评价标准多是能量或者是开裂指数都既考虑了应力又考虑了应变。我国应该对试验方法加以改进。
        参考文献:
        [1]交通运输部.2019年交通运输行业发展统计公报[N].2019-05-12(002).
        [2]Asphalt Pavement Alliance.Perpetual Pavements:A Synthesis[R].[S.l.]:Asphalt Pavement Alliance, 2002.
        [3]刘晋周.中法沥青混凝土及半刚性基层材料设计指标与路用性能研究[D].交通运输部公路科学研究所,2019.
        [4]蒋松利,丁淑巍.基于法国标准的复合式基层沥青路面结构设计案例分析[J].中外公路,2018,38(05):69-72.
        [5]柴福斌,李刚,赵明,雷宇.中、法沥青路面材料试验体系的差别[J].中外公路,2009,29(04):293-297.
        [6]Mohammad L N,Elseifi M,Cao W,et al.Evaluation of various Hamburg wheel-tracking devices and AASHTO T 324 specification for rutting testing of asphalt mixtures[J].Road Materials&Pavement Design,2017,18(sup4):1-16.
        [7]刘至飞,丁敏.长期服役沥青路面面层材料汉堡车辙试验研究[J].公路工程,2018,43(03):225-228.
        [8]张家伟,黄卫东,吕泉,关维阳.TB复合SBS改性沥青及混合料低温性能研究[J/OL].建筑材料学报:1-11[2020-01-15 08:29].
        BOULDIN M G, DONGRE R, ROW G M, et al. Predicting thermal cracking of pavements from binder properties: theoretical basis and field validation[C]//Association of Asphalt Paving Technologists Proc. 2000, 69.
 

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