高模量沥青混合料抗压回弹模量试验研究

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2019年第14期

高模量沥青混合料抗压回弹模量试验研究

高 语，李斌斌

（兰州交通大学，甘肃󰀃兰州󰀃730070）

摘 要：文章主要针对高模量沥青混合料、SBS改性沥青及普通沥青混凝土分别在15℃、20℃、40℃、60℃的条件下实施了抗压回弹模量试验，通过试验可以表明，在不同温度条件下高模量沥青混凝土表现出的抗剪强度、黏聚力、抗压回弹模量多比较高，而在高温状态下仍然能够保持较好的抗压回弹模量。关键词：高模量沥青混凝土；抗剪强度；抗压回弹模量试验中图分类号：U414󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃文献标志码：A󰀃高模量沥青混凝土首先出现在法国，在工程实际中的应用也已经有20多年的历史，由于高模量沥青混凝土具有刚度大、抗车辙能力强、抗疲劳性能好等性能，在公路施工领域得到了非常广泛的应用，而且能有效增加公路的使用寿命。目前，美国、英国、芬兰等国家已经针对高模量沥青混凝土开展了多年的研究，而我国在高模量沥青混凝土开发利用目前正处于初级阶段，对我国高模量沥青混凝土系统进行深入研究能够有效促进其在国内各个领域的推广应用。目前，我国同济大学已经针对高模量沥青混凝土有效开展了单轴贯入试验方法，通过该试验能够很好地评价沥青混凝土的抗剪性能。而在针对高模量沥青混凝土进行性能评价的过程中抗压回弹模量也是一种非常重要的性能指标。基于此，文章主要就高模量沥青混凝土抗压回弹模量进行了研究，以此来考察高模量沥青混凝土抗变形的实际性能。

1 试验方法概述

1.1 单轴贯入试验

在单轴贯入试验实施的过程中主要通过有限元分析及实际检测混合料强度等相关试验来最终确定单轴贯入试验条件：（1）针对公称直径＜16mm的沥青混合料，设置了直径、长度均为100mm的试件，试件的压头直径设置为28mm，其实际的剪应力系数为0.338；（2）而针对公称直径＞16mm的沥青混合料，设置了直径为150mm，长度均为100mm的试件，试件的压头直径设置为40mm，其实际的剪应力系数为0.351；（3）整个试验过程加载速度均设置为1mm/min，并将整个试验环境温度设置为60℃；（4）在进行试件制作的过程中主要使用的是旋转压实仪[1]。根据混凝土混合料抗剪强度计算公式，将整个实验过程中破坏应力与相关抗剪参数进行相乘后就能够得出时间的最大剪应力。1.2 抗压回弹模量试验

抗压回弹模量测试方法根据测试应变方法的变化存在很多测试方法，现在实际应用和生产中使用较普遍的有顶面法、侧面法、承载板法等几种。其中，顶面法主要是用来进行试件高度等测试，在实际抗压回弹模量测试过程中得到了非常广泛的应用。目前国际上并没有根据顶面法形成统一的试验标准，不同国家在实际的试验过程中设置的试验环境温度、加载速率、试件尺寸等都存在较大差异。在本次试验中主要采取的是我国标准的

作者简介：高语（1994—），女，硕士在读，研究方向：路面工程。

󰀃󰀃文章编号：2096-2789（2019）14-0138-02

测试方法：试验环境温度设置为15℃，试验加载速率设置为2mm/min，针对直径及高度为100mm的试件主要采取了积极重复加载来针对高模量沥青混合料进行回弹变形量测试[2]。

2 试验结果与分析

我国目前比较常用的沥青路面结构采取有限元分析方法，剪应力沿着深度方向变化规律进行研究可以发现，在路面整体结构的中上层是主要的高剪应力集中区域。根据国内外大量研究也可以发现路面发生的车辙变形主要集中在目标10cm以内的范围。在本次研究中主要针对路面中上层的SUP20及SUP13两个级别来进行分析，针对中面层主要使用的是目前应用较广的石灰岩，而针对上面层主要用的是玄武岩。应用经过改性的高模量沥青与SBS改性沥青及普通沥青进行试验分析对比，以此来针对高模量沥青混凝土抗剪强度及抗压回弹模量性能进行分析[3]。

2.1 单轴贯入试验

在本次试验中主要使用的沥青混合料试件都是在其最合理的沥青用量情况下进行成型，而且每一个试件的空隙率都控制在了4%左右，针对每一个组别分别设置了6个试件，通过对6个试件进行测试后最终取平均值，本次针对多模量沥青混合料进行的抗剪强度及抗压回弹模量试验主要应用的设备是MTS810试验机。为了能够更加精确地测试出沥青混合料在不同试验温度环境下实际的抗剪能力，在本次试验中主要设置了15℃、20℃、40℃、60℃等试验环境温度[4]。通过对沥青混合料在不同试验温度环境下抗剪强度进行分析后可以发现，沥青混合料的抗剪强度对温度具有较强的敏感性，随着温度不断提升，抗剪强度出现了大幅度下降，而随着试验温度超过20℃抗剪强度的下降幅度减小，当试验环境温度达到60℃的时候，沥青混合料实际的抗剪强度仅仅能够达到15℃试验温度环境条件下抗剪强度的20%；而在不同的试验环境温度下强度最大的为高模量沥青混合料，强度最小的为普通沥青混合料。根据以上分析，温度较低的高模量沥青混合料的抗剪强度低于其高温状态。

为了进一步针对高模量沥青混合料抗碱性能进行分析，根据相关试验标准针对试件进行了单轴压缩试验，在不同的环境温度下对各种沥青混合料实际的无侧限抗压强度进行测试。通过测试可以发现，随着试验温度环境逐渐升高，沥青混合料实际的黏聚力也在不断减小。在上述两种级配下，当试验环境温度达到60℃的时候，高模量沥青混合料的黏聚力仅仅能够达到试验环境温度

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为15℃条件下的19%左右，而SBS改性沥青混合料仅仅能够达到试验环境温度为15℃条件下的14%左右，在不同环境温度下沥青混合料实际的黏聚力最高的是高模量沥青混合，而普通沥青混合料的黏聚力相对较低。在上述两种级配条件下，高模量沥青混合料的能够达到SBS改性沥青混合料的1.45倍；而在试验环境温度达到60℃的情况下，高模量沥青混合料实际的黏聚力能够达到普通混合料的1.5倍。由此就可以充分说明即使在高温的环境条件下，高模量沥青混合料实际表现出的粘结性能要远远超过其他沥青混合料。2.2 抗压回弹模量试验

抗压回弹模量试验中试件成型主要使用的设备旋转压实仪，总共设置了空隙率为4%左右的试件6个，并针对6个试件在不同温度环境条件下进行抗压回弹模量测试。

通过测试结果可以发现，在不同的试验温度环境条件下各种沥青混合料实际的抗压回弹模量随温度的变化规律与抗剪强度基本类似，而且对温度的敏感性都很高，当试验环境温度达到60℃到时候，各种沥青混合料实际的抗压回弹模量仅仅能够达到试验环境温度为15℃条件下的30%左右。而在上述两种级配条件下的高模量沥青混合料在试验环境温度为60℃的情况下实际的抗压回弹模量能够达到SBS改性沥青混合料的1.25倍，相同条件下，高模量沥青混合料抗压回弹模量能够达到普通沥青混合料的1.68倍，由此能够充分说明，即使在高温条件下高模量沥青混合料实际的抗压回弹模量要比其他混合料好[5]。

3 试验结果分析与讨论

通过上述分析可以发现，在相同的级配情况下沥青混合料在不同在环境温度下高模量沥青混合料的性能明显优于其他材料，而普通沥青混合料性能较差于其他材料。不同沥青混合料在不同温度环境下性能指标的变化趋势有很大差异，由此也能说明沥青混合料相互之间可能存在一定的相关性。由此进一步针对混合料的抗剪强度、抗压回弹模量及无侧限抗压强度之间的相关性进行了深入分析。

根据分析结果可以发现，即使在匹配不同、沥青混合料类型不同的情况下，不同沥青混合料抗剪强度、抗压回弹模量及无侧限抗压强度都具有非常优异的线性相关性。将各种沥青混合料各项性能指标进行整理后可以发现，抗剪强度、无侧限抗压强度及抗压回弹模量仍然可以表现出非常好的线性相关性，可以断定沥青混合料的级配及类型对其线性关系影响很小。在充分结合沥青混合料的回归方程后，就可以充分利用沥青混合料的抗剪强度计算出不同环境温度条件下沥青无侧限抗压强度、混合料的黏聚力及抗压回弹模量，经过计算并获取

了较精确的结果。在针对沥青混合料进行抗剪试验过程中，要想针对沥青混合料进行抗压回弹模量计算，就可以通过测量沥青混合料的抗剪强度，以此来换算出相应的沥青混合料性能指标，整个过程完全省略了繁琐的试验，可以为路面施工前的结构设计方案提供基础数据。

4 结束语

（1）各种沥青混合料抗压回弹模量及抗剪强度都具有较强的温度敏感性，随着温度增加抗压回弹模量及抗剪强度都逐渐降低，当环境温度为60℃时，沥青混合料实际的抗剪强度及抗压回弹模量仅仅能够达到环境温度为15℃时的20%、30%左右；而高模量沥青混合料在不同的温度条件下所表现出来的抗压回弹模量及抗剪强度最佳。

（2）由于沥青混合料实际的抗压回弹模量、无侧限抗压强度及抗剪强度相互之间的关系具有非常好的线性，而且这种线性相关性不会受到沥青混合料级配及类型的影响，因此在实际进行抗压回弹模量及其他性能参数计算的过程中，可以通过抗剪强度试验测试出沥青混合料的抗剪强度，充分利用回归方程就能精确计算出抗压回弹模量等其他性能参数。

参考文献：

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