沥青混合料低温抗裂性in土木工程材料

2023-09-01 理论教育版权反馈

【摘要】：所以要求沥青混合料应具备一定的低温抗裂性能，即较高的低温强度或较大的低温变形能力。沥青混合料在低温下破坏弯拉应变越大，其低温柔性越好，抗裂性越好。劲度模量小，在同等条件下沥青混合料的温度应力较小，低温抗裂性较好。沥青混合料的劲度模量主要受沥青劲度的影响，沥青低温劲度又主要与沥青材料的感温性和老化程度密切相关。

当冬季温度降低时，沥青面层将产生体积收缩，在基层结构和周围材料的约束作用下，沥青混合料不能自由收缩，在结构层中产生温度应力。由于沥青混合料具有一定的应力松弛能力，当降温速率较慢时，所产生的温度应力会随着时间逐渐松弛减小，不会对沥青路面产生大的危害。但当气温骤降时，其所产生的温度应力来不及松弛，当温度应力超过沥青混合料的容许应力值时，沥青混合料被拉裂，导致沥青路面产生裂缝而造成路面损坏。所以要求沥青混合料应具备一定的低温抗裂性能，即较高的低温强度或较大的低温变形能力。

沥青路面的常见裂缝包括低温收缩裂缝和荷载疲劳裂缝两类。低温收缩裂缝为由上向下发展的裂缝。荷载疲劳裂缝为由下向上发展的裂缝。这两种裂缝单从路表难以区分，路面取芯后才可区别。

1.沥青混合料低温抗裂性的评价方法

目前用于评价沥青混合料低温抗裂性的方法分为三类：一，预估沥青混合料的开裂温度；二，评价沥青混合料的低温变形能力或应力松弛能力；三，评价沥青混合料的抗断裂能力。相关试验主要有：等应变加载破坏试验，如间接拉伸试验、直接拉伸试验；低温蠕变弯曲试验：低温收缩试验；应力松弛试验；约束试件温度应力试验等。

（1）预估沥青混合料的开裂温度

通过直接拉伸试验或间接拉伸试验，建立沥青混合料低温抗拉强度与温度的关系。再根据理论方法，由沥青混合料的劲度模量、温度收缩系数及降温幅度计算出沥青面层可能出现的温度应力与温度的关系，根据温度应力与抗拉强度的关系预估沥青面层出现低温缩裂的温度（Tp）。Tp越低，沥青混合料开裂的温度越低，低温抗拉性越好。

（2）低温蠕变试验

低温蠕变试验用于评价沥青混合料低温下的变形能力与松弛能力。沥青混合料低温蠕变试验是在规定的温度下，对规定尺寸的沥青混合料小梁试件的跨中施加恒定的集中荷载，测定试件随时间不断增长的蠕变变形。蠕变变形曲线分为三个阶段，分别是蠕变迁移阶段、蠕变稳定阶段和蠕变破坏阶段，用蠕变温度阶段的蠕变速率评价沥青混合料的低温变形能力，蠕变速率越大，沥青混合料在低温下的变形能力越大，应力松弛能力越强，低温抗裂性能越好。蠕变速率由式（8.4）计算。

式中　εspeed──沥青混合料的低温蠕变速率（MPa/s）；

σ0──沥青混合料小梁试件跨中梁底的蠕变弯拉应力（MPa）；

t1和t2──分别为蠕变稳定期的初始时间和终止时间（s）；

ε1和 ε2──分别与时间t1和t2对应的跨中梁底应变。

（3）低温弯曲试验

根据我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40—2004）中规定，采用低温弯曲试验的破坏应变指标评价改性沥青混合料的低温抗裂性。低温弯曲试验是在试验温度－10℃±0.5℃的条件下，以50 mm/ min 速率，对沥青混合料小梁试件跨中施加集中荷载至断裂破坏，记录试件跨中荷载与挠度的关系曲线。由破坏时的跨中挠度计算沥青混合料的破坏弯拉应变。沥青混合料在低温下破坏弯拉应变越大，其低温柔性越好，抗裂性越好。试件破坏时的最大弯拉应变计算式见（8.5）。

式中　εB──试件破坏时的最大弯拉应变；

h──跨中断面试件的高度（mm）；

d──试件破坏时的跨中挠度（mm）；

L──试件的跨径（mm）。

2.影响沥青混合料低温性能的主要因素

影响沥青混合料低温性能的主要因素是沥青混合料的劲度模量。劲度模量小，在同等条件下沥青混合料的温度应力较小，低温抗裂性较好。沥青混合料的劲度模量主要受沥青劲度的影响，沥青低温劲度又主要与沥青材料的感温性和老化程度密切相关。因此，改善沥青混合料低温性能的措施主要有两个方面：一是采用劲度模量较低的沥青，目前工程中主要通过在沥青中掺入大量橡胶材料和在沥青中掺入纤维材料两个技术手段来降低劲度模量，二是适当增加沥青用量，事实证明高油石比可提高沥青混合料的抗冻性。

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