（道路与铁道工程专业论文）陡坡路段SMA沥青混合料研究.pdf

摘要 陡坡路段沥青路面在垂直和水平荷载综合作用下，面层沥青混合料将更容 易产生剪切损坏：而作为上坡路段，车辆的速度都比较慢，使得应力作用时问变 长而更容易加重车辙，车辙同样可以看作是剪应力作用下沥青混合料塑性流动的 结果。因此在沥青混合料配合比设计时，需要增加抗剪试验，对混合料进行控制， 而传统的三轴试验在实践中难以推广，本研究采用先进的设计理念，开发了多功 能道路材料多功能贯入强度仪，采用单轴贯入的方法对沥青混合料的抗剪强度进 行试验，结合同尺寸试件无侧限抗压强度试验，可求得沥青混合料的内摩阻角和 粘聚力。 设计了悬浮密实型沥青混合料，用车辙试验对其性能进行检验，选择最优级 配的混合料，通过试验确定单轴贯入和无侧限抗压试验的加载速率和试验温度两 个重要参数。 s m a 是由沥青玛蹄脂填充碎石骨架组成的骨架嵌挤型密实结构混合料，以 其优良的抗车辙性能和抗滑性能闻名于世本文采用车辙和单轴贯入试验，通过 选择不同纤维种类、不同类型集料、粗集料用量和级配的最大公称粒径对s m a 各 项指标和性能进行研究，希望能对陡坡路段沥青混合料地选择提供帮助。 室内研究结果表明： ， 1 、与掺加木质素纤维相比较，掺加聚酯纤维的s 姒混合料，在抗疲劳性能、 抗车辙性能、水稳定性和抗剪性能等多方面均有较大提高 2 、与砂岩集料相比较，使用石灰岩粗集料的s m a 混合料，虽然石灰岩与沥青 的粘附性较好，使混合料防止结合料析漏、在车轮作用下颗粒飞散和水稳定性方 面有所提高，但是，抗车辙性能大大减小，内摩阻角和粘聚力均有较大幅度降低 说明石灰岩集料不宣用于s 姒混合料 3 、当s m a 混合料的骨架密实结构已经形成，如果再增加粗集料用量，细集 料用量相对减少，混合料空隙率会增加，其抗剪性能会减小 4 、只要级配设计合理，s m a l 6 和s m a l 3 在路用性能上没有本质区别 关键词：陡坡路段，s m a ，抗剪强度，车辙试验，单轴贯入试验，纤维，集料类 型，级配 a b s t r a c t w i f ht h e 阳p i dd e v e l o p m e mo fo l l rt r 如s p o n a t i o n ，h i g hs t a n d a f dh i 毋1 w 8 yc o m e i n t om o u n t a i n sg r a d u a l l y ，s t e 印s l o p er o a dw i l la p p e a ri n c v i t a b ly n eh o r i z o n t a la n d v e n i c a ll o a da ds y n t h e t i c a l l yo nt h e 硒p h a l tm 政t u r cp a v e m e n t s t e c ps l o p c a d s e d i o n 也ea s p h a l tm i 】【t u 托w ma p p e a rs h c 缸b r c a h g ce 弱i l y a n da l s o ，t h es p e e d o fv e h i c l e s0 nt h eu p 掣a d es e c t i o ni sv e r ys l o w t 挝sm a l 【鹤m o f cm t l i n gh ：c ；m o f l o n g e rt i m eo ft h es t r e s so nt h ep a v e m e n t a n dd l s o ，t h en l t t i n gc a nb et a k c na st h e r c s u l to ft l l ea s p h a l lm i x t i l r e sp l a s t i cn o w s o “r 。q u i sa d d i n gt h es h e 趾球s i s t a n t t c s tw h i l em i 】【d e s i g n i n 吕b u ti ti sd i f f i c u l tt op 叩u l a r i z ct h et m d i t i o n a lt r i a 【i a lt e s t w bi 咖d u a d v 卸dd c s i 驴i d e 勰卸di n v e n tm u l t i f i l n c i i a lr dm a t e d a l p e n e h 盈t i o ns 打即g c ha p p 啪t 啦i nt h i s 托砌t h es h e 缸s 协嘶g i hi s 佣删c dt h o u g h t h el l n i a x i a lp e m 删叻t e s t 彻t h ea p p 蛐s ，c o m b i n e dw “ht h e1 】n i a 对a lp f e 黯u t c s tm e t h ( d c a l c u i a t i n gt h cc o h e s i 卸di n n c r 粕g u l a ro fa s p h a n s u s p 锄d e dd 如s t r u c t l l 坞鹤p h a l tm i x t l 呱i sd 嚣i 印c d 卸d c h e c k c di t sp r o p c n i 鹤 w i t ht h ew h e e l 邝t i n gt e s t t h eo p t i m u mm i 】【t l l 他i ss e l e c t e dt 0d ot 1 1 eu n i a x i a l p e m 狐o nt e s t 锄du n i a x i a lp r e 辐u r ct c 瓯t w oi m p ( i r t 粗tp a m m e t e r s 缸ec o n 丘加e d 辑西曲冶ef e 酣j 璐u m s u s p e n d e dd e n s 咖c t u r c 鹅p h a i tm j m u r ei sd 鼯i 印e d 锄dc h e c k c d i t sp r o p c r t i 髂 嘶t ht h ew h e e ln l t t i n gt e s t t h co p t i i m 幔m i x t i i 他i s l e c t e dt od ot h ei l n i 驭i a l p c n e 仃a t i t 陬a n du n i 强i a lp r c 豁u r et e s t t w oi m p o n a 咀tp 猢e t 哪a c o n 丘r m c d w i t h t h e t e s t s u l t s m ai sad c 璐c ，g a p 一蓼a d e db i t l l i n i n o 惦m i 】【t l l f ew 曲h i 曲。鲫t e n 协o fs 蜘c 丘u c f 粕db i t l l m m o d i f i c d 埘t ha 鲫i t a b l eb i n d e rc a r r i 盯s u c h 勰l l u l o s e6 b 1 1 l e e 髂锄t i a lc l 啪e n 坞o fm t l l 佗d e s i 印c o m p r 如t h ef 0 皿a t i o f 姐i n l ：c r ! g 她e s k c l e t t h a tp r o v i d c sh i g h 代s i s t a n c ct od e f 0 皿a t i o n 柚dt h e 丘l l i n go ft h es k c l c t v o i d sw i t har i c hb i t i l m i n o 峭m o r t 缸t op 州自d eh i 曲d u r a b i l i t y s ot h i sp a p 盯w m 坞s e 砌t h es h e 雒p r o p c n j c s0 fs m at h m u g ht h cw h e e im t l i n gt c s t 柚dl l n i 强i a l p c n c 昀t i t c t h ca i m i s t oh e l p t h e l c c t i 0 f a s p h a l t m i 】【嘶t h es t 唧s l o p e a ds e d i o mt h cp a p e r 锄a i y z 髓t h e 皑e c 【o ft h et y p eo fc c i l u l o 辩6 b r e ，a g 擎c g a t c ， m a x i m u mn o m i n a ld i m c 璐i o n 柚dt h em a t c r i a lp a s s i n gt h ek c ys i e v 髂 1 1 1 cr 髂u hs h o wt h a t ：s m a 硒t hb o n i 丘b c 培i sb c t t e rt h 纽t h cs m a 而t hm e h t h v l c c u m o o n 自t i g u ep p c m 鼯，r i 吼m t ，w a t 盯s t a b i l i t y 卸ds h e 缸s 呦g 【h c o n 啪吼硒t ht h es m ao c 托t ew i t hs 孤d s 啪e 帮铲峨t h e s h e 缸s 打g t h ，( h e i n n e r 缸g l l l a r 锄dc o h e s i o no fs m a w i t hl i m e s t o ma 路r e g a i ci sd c c r e a dq l l i t e w h t h ed e 璐c 胁a o r k 砒巾c l i i i sf 0 恤o d i 饿犯嬲i n gt h e 匹i t c n t so ft h e c o a 墙ea 锲孵t e s ，t h cc o n t e m so f 痂瞻矩缈g a t ei sf e d u c c dn l a t i v e l y t h es h s 慨g t h 聆d l 妣d b e c a u o f t h e i n c 鹬i n g w 瞳d s o f t h e m i x t l l r c 一 t h es m a l 6 锄ds m a l 3d o n th a v et h ec 豁e n t i a ld i 腧嗍w i t ht h em t i 伽l a l 黟a d a t i o nd c s i g n k e yw o r d s ：s t e e ps l o p er o a d c t i o n ；s 嘶m a t r i xa s p h a l t ；s h e 缸s 拉钮g t h ；w 血l n t d n gt e 鸭i i n i a x i a lp e t m i i 伽t c s l ；u n i a x i a lp i 璐跚r ct c s t c c h t l l o 6 b ；t h ct y p co f 雒g g a t c ；删a t i o n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已缀注明引用的内容外，对论文的 磅究徽密重要贡献麓个人和集体，均毫在文串戳暖确方式栎疆。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任宙本人承担。 论文作糟签名： 鼍叫 论文知识产权权属声明 矿否年胃g 霸 本入在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有数任何方式发表、复饿、公舞阅览、氆鼷以及誊清 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后威遵守诧规定) 论文作卷签名： 嚣爆签名： 灌m 沙弼年0 月二日 埘莎年6 聂6 墨 第一章绪论 1 1问题的提出 我国是一个多山区的国家，随着社会与经济的发展，在我国公路建设蓬勃发 展的今天，公路逐渐走入山区，长陡坡路段的出现将不可避免。许多调查结果发 现，车辙严重的路段均在陡坡路段，这是因为重载车辆在上坡路段的速度一般为 2 0 k m m ，根据沥青材料的温度时间换算法则，长时间承受荷载与高温条件等效， 而且时间是累积的。车辆如果以1 0 0 k r n h 的速度行驶，对路面沥青层的作用时间 约为o 0 2 s ，如果行驶速度只有2 0 k m m ，则对路面沥青层的作用时间约为o 1 s 。 即以2 0 k m h 速度行驶产生的形变相当于1 0 0 k n 】m 速度行驶5 遍所产生的形变。 所以，对于具有粘弹塑性的沥青混合料，纵坡越大，除了因为应力增加和作用深 度加深而增加车辙外，还因为行车速度慢和应力作用时间长而更容易加重车辙 在沥青路面结构层中，沥青的温度敏感性很高，夏季温度非常高，路表面温 度随之升高，沥青混合料的强度和劲度大幅度下降，导致沥青混合料产生横向剪 切流动，沥青混合料抗剪强度降低，当抗剪强度下降至小于所受的剪应力时，沥 青混合料就产生剪切变形，从而使沥青混合料层整体抗剪能力下降，在大量重车 的反复作用下，轮迹带逐渐变形下凹，两侧逐渐膨起，形成车辙，继续发展则成 为辙槽。车辙，如属路面推移产生，则其变形部分包括凹陷和凸起的两个部分， 如属磨耗产生的，则其变形部分只包括凹陷部分。实际调查显示，路面的车辙大 部分都是路面推移产生 推移、拥包、搓板等损坏主要是由于高温条件下沥青路面在水平荷载作用下 抗剪强度不足所引起的，对长陡坡路段，由于水平剪应力的增加，发生这些高温 剪切损坏的几率也将增加。因此有必要专门针对陡坡路段沥青路面的高温稳定性 问题进行研究。 我国许多山岭重丘区及西部地区公路路线纵坡较大，交通组成中重载车辆比 例高，夏季路面受高温困扰严重，陡坡路段沥青路面的突出问题是高温稳定性不 足。因此针对此普遍存在的问题开展研究，具有重要的理论意义与实用价值。 1 2 国内外研究现状 陡坡路段沥青混合料路面与正常路面相比，有较大不同：结构层顶部产生较 大的水平剪应力，引起不确定破坏面的剪切变形，或者由于层间结合面粘结力差， 抗水平剪切能力较弱，在水平方向上产生相对位移，发生剪切破坏，产生推移、 拥包等病害。对于渠化交通的沥青混凝土路面来说，沥青混合料的高温稳定性问 题主要表现为车辙心1 ，陡坡路段沥青路面除了车辙外，由于顶部水平剪应力的增 加，还可能造成沥青混合料的推移、拥包等损坏 车辙是沥青路面设计的一个重要指标，2 0 多年来，各国在这方面做了不少 工作，总结了许多路面材料永久变形的规律，对控制车辙变形做出了贡献，但至 今仍未得到圆满解决，尚有待于理论的进一步发展和实践的进一步验证。目前常 用于反映路面材料永久性交形响应的试验包括下列4 种：单轴压缩试验、三向应 力试验，劈裂试验和车辙试验这4 种评价沥青路面高温稳定性的方法，从模拟 现场实际及试验简单性两个方面考虑，车辙试验是其中较好的试验方法，在我国 得到了广泛的应用。 k a n d h a l 和m a l l i c k ( 1 9 9 9 ) 、w i m a a n l s 和p 删e u ( 1 9 9 9 ) 、c h o u b 柚e ( 2 0 0 0 ) 等先后研究了越a ( 恕p h a l tp a v 锄c n t a n a l y z 盯多功能轮载试验仪) 的试验方法， 并研究了集料类型、集料级配、空隙率及胶结料等级对高温稳定性的影响。 a 埘s l s e n ( 2 0 0 0 ) 研究了三轴试验与高温性能之间的关系，由此提出内摩阻角 和粘聚力与抗剪强度之间的关系，研究表明，温度与应变速率主要影响材料的粘 聚力，而内摩阻角与两者没有关系。r o m e r o 和m o g 哪e r ( 1 9 9 8 ) ，t a y e b a l i ( 1 9 9 9 ) ， m o n i 锄i l h ( 1 9 9 9 ) 研究了简单剪切试验( s i m p l es h e 缸t c s t ，s s t ) 与高温性能 之间的关系，试验采用直径为1 5 0 m m 、高度为5 0 m m 的圆柱体试件，试验温度 为5 0 ，分析了高温车辙的敏感性。针对s u p e l p 吖c 混合料，q 瞳s t 曲s 皿和 b o n a q u i s t 【2 0 0 2 】提出了简化的方法来计算混合料的c 和矿值，a n d e r n 【2 0 0 3 】提出 了推算车辙深度的回归方程。 一般而言，车辙产生于： 路面结构的二次压密，或路基的整体交形； 路面表面的磨耗； 路面材料的塑性流动。 经过充分的压实，结构的二次压密不应成为路面车辙的主要来源。对重交通 道路而言，路面结构一般都具有足够的整体抗力，路基的整体剪切破坏一般不会 2 发生。路表面的磨耗性车辙，一般仅发生在北方雪冰地区，因轮胎长时间使用防 滑链所致。对我国普遍使用的半刚性基层路面而言，车辙主要产生于沥青层。关 于车辙存在两种观点，一种观点认为，车辙的实质是沥青混合料的粘塑性变形累 积，另一种观点则认为是荷载作用下剪切变形的结果。实际上，这两种观点只是 考虑问题的角度不同，其实质是一致的。所以，车辙可以看作是剪应力作用下沥 青混合料塑性流动的结果 ”。设计中控制路面的剪切性能包括两个方面，一是从 路面结构设计的角度控制剪切应力，二是从沥青混合料的角度控制其强度，提高 其自身的抗剪切能力，本文主要讨论后一问题。 国内外结果均认为路面产生车辙的主要原因都与沥青混合料的抗剪强度不 足有直接的相关性。对于抗剪特性，当前混合料的设计和路面结构设计中很少应 用。以往各国进行的抗剪特性研究，大多采用三轴试验，只是加载的条件不太相 同。在各国的设计规范中。目前采用抗剪指标的只有美国加州路面设计规范。 然而，各国公路研究者却自始自终对其充满了浓厚的兴趣。从2 0 世纪3 0 年代到 5 0 6 0 年代，有许多研究者对其进行了大量的研究，其中比较有代表性的为 卜f o i m a nw m c l e o d ，他从以下三个方法进行了系统的研究： 。 ( 1 ) 静载作用条件下的路面抗剪稳定度； ( 2 ) 考虑轮胎内力分布时的路面抗剪稳定度： ( 3 ) 考虑刹车以及车辆加速时的有水平剪应力条件下的路面抗剪稳定度。 应该说，在当时的条件下，册姐w m c l c o d 是第一个系统研究道路抗剪 设计的人，它提出的这种设计方法在后来的科研人员中产生了重要影响。但该设 计中涉及的未知参数太多，在设计中很难进行实施，对所存在的不可知因素很难 有一个定量的把握。因此，在后来的道路设计中未能推广应用1 3 】。 国内对沥青混合料抗剪性能地研究和评价中，大多数都采用了三轴试验的方 法。三轴剪切试验固然有其优点，但缺点也很明显。从原理角度，它来源于对土 力学的研究，试验原理、假设条件和材料参数的不同局限了其对沥青混合料的适 用性：试验过程的加载方式使其受力模式与车轮作用下的路面受力不能吻合；而 且试验操作繁琐复杂，对研究人员有较高的要求，很难在实际的工程中大量使用。 因此同济大学孙立军教授课题组在总结三轴试验欠缺的基础上提出采用单轴贯 入的方法检测沥青混合料的抗剪强度，配合同尺寸无侧限抗压强度即可得出混合 3 料的粘聚力和内摩阻角 但是单轴贯入的方法在我国仍没有被大多数人所接受，而目前陡坡路段沥青 混合料最为常见的损坏仍然为车辙，因此，本研究将车辙试验作为首要指标来评 价陡坡路段的沥青混合料，并引入单轴贯入的方法来评价沥青混合料的抗剪特 性。 1 3 本课题研究内容与技术路线； 1 3 1 研究内容 本研究在充分吸收国内外研究成果的基础上，结合国内实际情况，对沥青混 合料进行研究。研究主要主要内容有： ( 1 ) 陡坡路段沥青混合料的抗剪强度试验方法研究； ( 2 ) 集料类型对s m a 沥青混合料性能的影响研究； ( 3 ) 纤维种类对s m a 沥青混合料性能的影响研究； ( 4 ) 粗集料用量对s m a 沥青混合料性能的影响研究； ( 5 ) 最大公称粒径对s m a 沥青混合料性能的影响研究； 1 3 2 技术路线 本课题目的是从陡坡路段最常见高温永久变形出发，通过试验研究陡坡路段 沥青混合料的抗剪能力。所采取的技术路线如下： ( 1 ) 在分析国内外已有成果基础上，按照本课题的研究内容，制定详细的 研究大纲。 ( 2 ) 进行原材料技术性质分析试验，为本课题提供基本技术资料； ( 3 ) 开展沥青混合料抗剪试验方法研究一主要针对单轴贯入试验方法。 对a c 混合料进行设计，用车辙试验检验其抗永久变形能力，选择最佳级配 进行单轴贯入和无侧限抗压试验，确定其试验参数。 ( 4 ) 开展陡坡路段s m a 混合料的研究 主要针对陡坡路段对沥青混合料具有较高的抗剪、抗推移的要求，通过选择 不同种类纤维稳定剂、不同集料类型和对级配的调整，采用不同试验方法评价， 完成s m a 的研究 ( 5 ) 分析总结，撰写论文 4 第二章试验方案、方法及原材料技术性质分析 2 1 试验方案 本研究试验方案主要分为以下几部分： 2 1 1 原材料技术性质试验分析 一、沥青结合料性能分析： 分别进行克拉玛依9 0 # 重交沥青、s b s 改性k l m 9 0 # 重交沥青三大指标等 方面的试验。 二、集料的基本物理、力学性质试验： 本研究采用的石灰岩和砂岩均来自宁夏太阳山，其技术性能指标均满足公 路沥青路面施工技术规范( j 1 gf 4 0 一2 0 0 4 ) 技术要求。 三、纤维的基本物理、力学性质试验； 采用三种纤维稳定剂：宝恒木质素、博尼维聚酯纤维和肯特莱聚酯纤维，其 技术性能指标均满足公路沥青路面施工技术规范( j 1 gf 4 0 一2 0 0 4 ) 技术要求。 2 1 2 混合料高温稳定性试验方法 沥青路面高温稳定性主要是指沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力，本研究也 分成两个部分来研究沥青混合料的高温稳定性： 一、沥青混合料抗剪强度试验方法研究 为了防止沥青面层出现车辙、推移、拥包等剪切损坏，我国城市道路设计规 范对沥青路面采用了高温抗剪的验算。但是试验方法并没有突破，推荐使用三轴 试验。本研究引入单轴贯入试验，此方法操作简单，配合同尺寸试件的无侧限抗 压强度试验，可求得沥青混合料的内摩阻角和粘聚力 对a c 混合料进行设计首先进行三种悬浮密实级配( 石灰岩a c - 1 6 f 、a c 1 6 s 和a c 1 6 c ) 的配合比设计，进行车辙试验，找出最佳级配。用最佳级配，进行不 同加载速率、不同试验温度的单轴贯入和无侧限抗压试验，确定试验参数。 二、陡坡路段s m a 沥青混合料高温抗剪和其它路用性能研究 通过选择不同种类纤维稳定剂、不同集料类型和对级配地调整，采用不同试 验评价方法，对s m a 多项性能进行研究，试验方法包括： ( 1 ) 车辙试验 ( 2 ) 单轴贯入试验 ( 3 ) 直剪试验 5 谢伦堡析漏试验 。 肯塔堡飞散试验 水稳定性试验 透水性试验 表面构造深度试验 疲劳性能试验 2 2 沥青混合料标准试验方法 2 2 1 谢伦堡沥青析漏试验 s m a 的沥青用量是否合适关系到s m a 结构的成败因此在配合比设计后需 要对沥青用量进行两种检验：即是否因沥青太多造成析漏及因沥青太少造成飞散 的试验。 谢伦堡沥青析漏试验( s c h e i l e n b c r gb i n d c rd r a i n a g ct c s t ) 是德国s c h e l l e n b e r g 研究所为s m a 的配合比设计而制定的，是专门用来确定s m a 沥青用量的方法 它是为了确定沥青混合料有无多余的自由沥青或沥青玛蹄脂量而进行的试验，由 此确定最大沥青用量。s m a 尽管需要较多的沥青，但无论如何不能超过所有矿 料的表面积所能吸附的最大沥青用量，否则，就要产生多余的自由沥青，成为集 料之间的润滑剂，造成玛蹄脂上浮，影响构造深度，降低高温稳定性。尤其在我 国，这几年的实践表明，第二年高温季节泛油是最容易造成的病害。 析漏试验有烧杯法、搪瓷盘法、网篮法，我国已确定定采用烧杯法作为标准 方法，并订入了我国的试验规程。关于评定合格与否的指标，德国采用烧杯法试 验时，规定了三档， 0 3 为不合格，如2 为好，在0 2 加3 范围内表示可以 接收，这就意味着q o 3 为合格根据我国的情况，s m 蝴青用量一般比国外要 少，用o 1 作为控制上限是比较合适的 本试验按以下方式进行：每个级配分别拌和4 份，每一份为1 k g ，第一锅拌和 后即予废弃不用，使拌和锅粘附一定量的沥青结合料，以免影响后面3 锅油石比 的准确性。具体的试验步骤如下： 洗净烧杯，干燥，称取烧杯质量小。 将拌和好的1 k g 混合料，倒入8 0 0 i i i l 烧杯中，称烧杯即混合料的总质量所， 在烧杯上加玻璃板盖，放入1 8 5 2 烘箱中，持续6 0 i n i n l m i n 6 )“订 ， 取出烧杯，不加任何冲击或振动，将混合料向下扣倒在玻璃板上，称取烧 杯以及粘附在烧杯上的沥青混合料、细集料、玛蹄脂等的总质量m ：，准确到o 1 9 。 计算沥青析漏损失m 。 砌。竺2 二坠1 0 0( 2 2 1 ) _ ，l l m 0 式中：卅。饶杯质量，g ： _ 晓杯及试验用沥青混合料总质量，g ： m ：烧杯以及粘附在烧杯上的沥青结合料、细集料、玛蹄脂等的总质 量，g ； 所沥青析漏损失，。 2 2 2 肯塔堡飞散试验 沥青混合料的飞散试验，国外称之为肯塔堡试验( c a n t a b r ot e s t ) ，是西班 牙肯塔堡大学( c a n t a b i au n i v e r s i t y ) 为排水性级配沥青混合料开发的一种试 验方法。现在经过许多国家的应用，已经扩展到用来确定s m a 、0 g f c 、抗滑表层 混合料、沥青碎石或乳化沥青碎石混合料等路面的表面层材料是否会发生集料飞 散的通用试验方法。这些结构的路面往往表面构造深度较大，粗集料外露，孔隙 中经常充满了水，在交通荷载的反复作用下，由于集料与沥青的粘结力不足而引 起集料的脱落、掉粒、飞散、并成为空槽的路面损坏，是常见的一种严重的沥青 路面破坏现象为了防止这种破坏，在配合比设计时，辅以飞散试验进行检验是 必要的。 也可进行低温或浸水条件下的飞散试验。浸水飞散是在6 0 水中浸水4 8 h 后 进行试验，目的是考察试件在热水中膨胀和沥青老化，对集料和沥青粘结力下降 的影响，以评价沥青混合料的水稳性位于积雪寒冷地区，也可进行较低温度下 的飞散试验。一般是在当地最低温度下试验，由于在低温状态下沥青混合料的粘 结性能更差，对路面的损伤更大，所以低温飞散试验评价冬季及春融季节的路面 松散是有效的试验按以下步骤进行： 试件按选用的级配成型，采用双面击实5 0 次，冷却至室温后脱模，每组不 少于4 个； 7 按相应规范方法测定试件的密度、空隙率、沥青体积百分率、沥青饱和度、 矿料间隙率等物理指标 将试件放入恒温水槽中养生。对标准飞散试验，在2 0 0 5 恒温水槽 中养生2 0 h 。对浸水飞散试验，现在6 0 o 5 恒温水槽中养生4 8 h ，然后取出 后在室温中放置2 4 h 从恒温水槽中逐个取出试件，称取试件质量肼。，准确到o 1 9 立即将一个试件放入洛杉矶试验机，以3 0 r m i n 3 3 r m i n 的速度旋转3 0 0 转。 打开试验机盖子，取出试件及碎块，称取试件的残留质量。当试件已经粉 碎时，称取最大一块残留试件的混合料质量j ，1 1 重复以上步骤，一种混合料的平行试验不少于3 次。 沥青混合料的飞散损失按式2 2 2 计算。 丛竺g 二! ! 1 0 0 ( 2 2 2 ) 册0 式中：s 沥青混合料的飞散损失，； 肌。试验前试件的质量，g 胁l 试验后试件的残留质量，g 。 2 2 3 车辙试验 车辙试验是在规定的温度下通过板状试件与车轮间的往复相对运动，使试件 在车轮的重复作用下产生压密、剪切、推移和流动，以此模拟实际车轮在高温下 对沥青路面的作用其评价指标为动稳定度和车辙变形量 本研究采用的车辙试验仪如图2 2 1 所示试验中荷重为7 0 0 n ，轮压为 o 7 m p a ，试验温度为6 0 试验过程由计算机控制，同时自动采集数据进行动稳 定度d s 计算试验完毕后可直接得到动稳定度次数及时问和车辙深度关系曲线。 具体的试验方法见公路工程沥青及沥青混合料试验规程( t j t0 5 2 2 0 0 0 ) 。 动稳定度d s 计算公式见式2 2 3 ： d s ：丝必c c ( 2 2 3 ) d 2 一d l 8 式中：d s 一动稳定度( 次唧) ： n 试验轮往返碾压速度( 通常为4 2 次m i n ) ： c 。试验机类型修正系数： c 2 _ 叫式件系数； d 厂试验时间t ：( 一般为6 0 m i n ) 时的车辙深度( 哪) ； d 试验时问t 。( 一般为4 5 m i n ) 时的车辙深度( 皿n ) 。 图2 2 1h y c z 一5 型自动车辙试验仪 2 2 4 水稳定性试验 结合我国的实际情况和标准试验方法，对沥青混合料主要进行两种水稳定性 检验。 ( 1 ) 浸水马歇尔试验 该试验用残留稳定度来评价沥青混合料的水稳定性，残留稳定度越大水稳定 性越好。试验时，每种级配成型8 个试件，分成两组，一组马歇尔试件在6 0 水 浴中恒温3 0 i n 4 0 l n i n 后测定其稳定度m s ，另一组在6 0 水浴中恒温4 8 h 后测定 稳定度m s 。最后按式2 2 4 计算浸水残留稳定度m s 。 城- 等舢 ( 2 2 4 ) 式中：m s 广馘件的残留稳定度( ) ； 惦。试件浸水4 8 h 后的稳定度( 脒) ； m s _ 式件浸水3 0 l n i n 后的稳定度( i ( n ) 对s m a 混合料，规范规定4 8 小时浸水马歇尔试验残留稳定度不得小于7 5 ， 9 对使用改性沥青的不得小于8 0 。 ( 2 ) 冻融劈裂试验 我国在“八五”国家科技攻关课题研究中，将美国的洛特曼试验( 从s h t o 、 t 2 8 3 ) 简化成我国的冻融劈裂标准试验方法，使它能在我国推广冻融劈裂试验 用劈裂强度比t s r 来评价混合料的水稳定性，t s r 越大水稳定性越好。试验时每种 级配成型8 个试件，分成两组。具体的试验步骤如下： 试件按选用的级配成型，采用双面击实5 0 次，冷却至室温后脱模； 将试件随机分为两组，每组不少于4 个，第一组置于室温下备用； 将第二组试件在7 3 0 咖l i g 真空条件下保持1 5 m i n ，然后打开阀门，恢复常压， 在水中静置o 5 h ； 取出第二组试件放入塑料袋中，加入约1 0 m 1 水，扎紧袋口将试件放入冰箱， 冷冻温度为一1 8 2 ，保持1 6 h ： 将放入冰箱中的试件取出后，撤去塑料袋立即放入已保温为6 0 的恒温水 槽中保温2 4 h ； 将第一组与第二组试件全部浸入2 5 水中至少保温2 h ，保温时保持试件之 间的距离不小于1 0 m ，然后取出试件以5 0 砌m i n 的加载速率进行劈裂试验； 计算劈裂强度比t s r 。 鸭肛c 鲁闪o o 墨- 骂等 岛- 鼍竽 式中：t s r 冻融劈裂试验强度比( ) ； 未经冻融循环的第一组试件的劈裂抗拉强度( m p a ) ； ：冻融循环后第二组试件的劈裂抗拉强度( m p a ) ； 第一组试件的试验荷载的最大值( n ) ； 第二组试件的试验荷载的最大值( n ) ； 第一组试件的高度( 姗) ； z 第二组试件的高度( 珊) ( 2 2 5 ) ( 2 2 6 ) ( 2 2 7 ) 2 2 5 渗水试验 沥青混合料的早期损坏仍然相当严重，其中由于路面渗水导致基层承载力下 降发生的破坏占有相当大的比例。所以说沥青混合料配合比设计阶段进行沥青混 合料的渗水试验是相当重要的。尤其是对s m a ，基本上不渗水是重要的一个性质， 应该在配合比设计阶段对渗水系数进行检验。试验步骤如下： 按照规范要求制作沥青混合料试件，试件尺寸为3 0 c m 3 0 c m 5 c m ，脱模， 揭去成型试件时垫在表面的纸。 将试件放置于坚实的平面上，在试件表面上沿渗水仪底座圆圈位置抹一薄 层密封材料，边涂边用手压紧，使密封材料嵌满试件表面混合料的缝隙，且牢固 地粘结在试件上，密封料圈的内径与底座内径相同，约1 5 0 咖。将渗水试验仪底 座用力压在试件密封材料圈上，再加上铁圈压重压住仪器底座，以防压力水从底 座与试件表面间流出。 用适当的垫块如混凝土试件或木块在左右两侧架起试件，试件下方放置一 个接水容器。关闭渗水仪细管下方的开关，向仪器的上方量筒中注入淡红色的水 至满，总量为6 0 0 i i l l 。 迅速将开关全部打开，水开始从细管下部流出，待水面下降1 0 0 i i l l 时，立 即开动秒表，每间隔6 0 s ，读记仪器管的刻度一次，至水面下降5 0 0 m l 时为止。测 试过程中，应观察渗水的情况，正常情况下水应该通过混合料内部空隙从试件的 反面及四周渗出，如水是从底座与密封材料间渗出，说明底座与试件密封不好， 应另采用干燥试件重新操作。如水面下降速度很慢，从水面下降至l o o i i l l 开始， 测得3 m i n 的渗水量即可停止若试验时水面下降至一定程度后基本保持不动，水 面试件基本保持不动，说明试件基本不透水或根本不透水。 沥青混合料的渗水系数按式2 2 8 计算，计算时以水面从1 0 0 n l l 下降至 5 0 0 n l l 所需的时间为标准，若渗水时间过长，亦可采用3 m i n 通过的水量计算。 c ：- ( 一k ) 也一f 1 ) 6 0 ( 2 2 8 ) 式中：c - 一沥青混合料试件的渗水系数，札m i n ： v - 第一次读数时的水量( 通常为1 0 0 i i l l ) 。m l ： 卜第二次读数时的水量( 通常为1 0 0 m l ) ，舶l ： t 第一次读数时的时间，s ： t 广第一次读数时的时间，s ： 2 2 6 抗滑性能试验 道路的使用安全与否很大程度上取决于路面的抗滑性能。目前测定路面抗滑 性能的试验主要有两个：表面构造深度试验和摩擦系数试验。本研究采用表面构 造深度试验来评价路面的抗滑性能。 构造深度试验时用轮碾法成型车辙板试件，其尺寸为3 0 0 砌3 0 0 咖5 0 哪， 或者在现场试验路上进行试验。试验方法为手工铺砂法，所用试验仪器为量砂筒， 推平板和刮平尺。试验方法见公路工程沥青及沥青混合料试验规程( j t j 0 5 2 2 0 0 0 ) ，按式2 2 9 计算构造深度t d 。 t d ：! 婴：罂 ( 2 2 9 ) m ) | 4d 式中：n 卜- 沥青混合料表面构造深度( 衄) ； v 一砂的体积( 2 5 c l n 3 ) ； d 摊平砂的平均直径( m m ) 2 2 7 疲劳性能试验 沥青混合料的抗疲劳特性是沥青路面抵抗车辆重复荷载作用破坏的能力。目 前沥青混合料疲劳特性的研究方法基本分为两种类型：一类为现象学法，即传统 的疲劳理论方法，它采用疲劳曲线表征材料的疲劳性质；另一类为力学近似法， 即应用断裂力学原理分析疲劳裂缝扩展规律以确定材料的疲劳寿命。本课题采用 现象学法。即采用美国m t s 公司生产的材料测试系统m t p 8 1 0 试验机，如图2 2 2 所示，进行控制应力疲劳试验，得出疲劳曲线及疲劳方程，由曲线中的特征疲劳 寿命、方程中的特征参数分析评价疲劳特性整个试验过程可以通过程序控制并 由计算机自动采集试验数据。试件由轮碾法成型的车辙板切割而成。 试验条件： 试件尺寸；4 0 4 0 2 5 0 哪，跨经1 5 0 啪；荷载波形：半正矢波 荷载频率：l o h z ；试验温度：1 5 ；加载方式：三分点加载 控制方式：控制应力的加载方式。 试验结果回归采用公式2 2 1 0 计算： 变形后得 l g n f = k n l go 式中：k ，i r 式验常数； 1 2 1 “一一+ 。 ( 2 2 1 1 ) ，试件破坏时的加载次数，次： 盯，对试件每次加载施加常量应力的最大幅值，m p a 。 图2 2 2 材料测试系统i 盯s 一8 1 0 试验机 2 3 原材料技术性质分析 2 3 1 矿料技术性质指标 本研究采用的集料为宁夏太阳山产石灰岩、砂岩，集料规格为a 2 ( 1 9 9 5 m ) 、b ( 4 7 5 1 3 2 唧) 、c 。( 4 7 5 2 3 6 咖) 、c 2 ( 2 3 6 o 哪) 、机制砂( 2 3 6 o 唧) 和矿粉五档，其中机制砂和矿粉为石灰岩材质。集料技术性能指标试验结 果如表2 3 1 表2 3 3 所示 2 3 1 细集科表观密度 粒径石灰岩石屑石灰岩机制砂砂岩石屑规范要求 ( m m ) ( 咖n 3 )( 咖n 3 )( 咖一) ( 鲋咖3 ) 2 3 62 7 4 62 7 5 52 6 3 5 1 1 82 7 4 22 7 2 0 2 6 4 8 o 62 7 2 0 2 7 2 4 2 6 4 1 2 5 0 o 32 6 8 92 7 2 62 6 3 9 o 1 5 2 6 8 22 7 2 12 6 3 5 0 0 7 52 7 0 42 7 0 62 6 8 7 1 3 表2 3 2 粗集料物理力学指标 试验结果 。指标 砂岩石灰岩 规范要求( 表面层) 试验方法 压碎值( ) 1 1 21 9 42 6t 0 3 1 6 磨耗值( ) 1 6 71 8 32 8t 0 3 1 7 坚固性( ) 3 34 81 2t d 3 1 4 对沥青粘附性 5 级5 级 大于4 级 t 0 6 1 6 表观 ，1 6 m m 2 6 9 12 7 3 4 密度 1 6 1 3 2m2 6 9 72 7 4 0 2 6 0t n 3 0 4 9 5 1 3 2m m2 6 9 62 7 4 1 ( 鲥c m 3 ) 4 7 5 9 5m m 2 7 0 02 7 3 7 毛体积 ，1 6 m m2 6 3 32 铷暇 密度 9 5 1 3 2m m 2 6 2 92 7 0 9 t 0 3 0 4 9 5 1 3 2 煳2 6 1 8 2 7 0 4 ( g c 一) 4 7 5 9 5 彻 2 6 0 22 6 8 6 针片状含量 大于9 5 ( m m ) 6 81 0 石 1 5 0 t d 3 1 2 ( ) 小于9 5 ( m m ) 7 21 12 0 o 1 6 匝0 7 8o 3 5 吸水率9 5 1 3 2 舳 o 8 1o 4 2 2 0t d 3 0 4 ( ) 9 5 1 3 2 舳 1 0 7o 4 9 4 7 5 9 5m m1 4 60 5 4 表2 3 3 矿粉技术性能试验结果 项目 单位规范要求 实测结果 表观密度 u 矗2 5 02 7 2 6 含水量 牛lo 0 8 亲水系数， 1 o 8 8 塑性指数 1 5 0 软化点t r b ， 不小于 4 4 5 0 密度( 1 5 )省矗 实测记录 0 9 8 1 r t f o t ( 1 6 5 8 5 m i n ) 后 质量变化，不大于 080 0 5 针入度比2 5 。不小于 5 77 6 延度1 5 ， 不小于 2 02 2 表2 3 5s 8 s 改性k u 9 0 # ( 1 一c ) 沥青试验结果 指标 单位技术要求实测值 针入度2 5 ，1 0 0 9 ，5 s 0 。1 m m6 肛8 07 7 3 针入度指数p l 。不小于 o 4_ o 1 8 延度5 。5 m i l l 不小于 3 03 3 9 软化点1 r & b 。不小于 5 56 2 运动粘度1 3 5 不大于 p a s3l 7 闪点不小于 2 3 02 4 2 密度( 1 5 )驴m 3 实测记录 0 9 9 l 溶解度，不小于 9 99 9 6 弹性恢复2 5 ， 不小于 6 5 8 5 贮存稳定性离析， 2 51 5 4 8 h 软化点差不大于 圈下o t ( 1 6 5 。8 5 m i l l ) 后残留物 质量变化。不大于 一1o 1 1 针入度比2 5 。不小于 印 7 l 延度5 不小于锄2 02 2 k 嘲9 0 # 沥青与s b s 改性沥青的指标对比如表2 3 6 所示，对比试验结果可以 看出： ( 1 ) 改性剂的加入使得沥青针入度指数从一0 7 1 提高到一0 1 8 ，改善了k l m 9 0 # 沥青的感温性。 ( 2 ) 改性后沥青的当量软化点增大，这表