半柔性路面材料的半圆弯曲试验方法研究

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摘要近年来欧洲和美国采用的半圆试件进行弯拉等试验的方法（国外称之为Semi - Circular Bending Test，简称SCB试验）可以对多种成型方法的沥青混合料进行分析和评价，本文主要研究半柔性路面材料的半圆弯曲试验试件的制备方法。

关键词：半圆试件、弯拉、试验、沥青混合料、半柔性路面材料、半圆弯曲试验试件、制备方法、连通空隙率、切割工艺

中图分类号:F252.81文献标识码：A

1 半圆试件的制作方法

试件母体沥青混合料采用旋转压实方法成型，设备为美国进口的Pine旋转压实仪，装置见图1。旋转压实设备对混合料的压实能够很好模拟工程实际状况，既能达到实际路面气候和荷载条件下的密实度，也能提供可压实性量测方法以鉴别潜在软弱混合料性状和类似的压实问题。美国AASHTO、SUPERPAVE等沥青路面设计方法都采用了该种试件成型方法。

图 1pine 旋转压实仪

按照上述设计方法和流程制备母体沥青混合料试件，制备的试件规格为直径

150mm±1.2mm，高度为100mm±1.2mm。制作好圆柱形试件后，把试件放置直至冷却后进行脱模。把试件的四周与底部用透明胶封好并整平，避免灌注时漏浆。按照前面所述水泥砂浆要求制备水泥砂浆，在满足要求情况下，内对母体沥青混合料试件进行灌注，灌注后把试件放到振动台上夹牢进行振动，振动过程中随时补充水泥砂浆使孔隙率能充分灌满，至水泥砂浆不能灌注为止。渗透完毕后，用橡胶刮板刮除多余的浆液，以暴露出沥青混合料试件表面的凹凸不平为宜（图2）。将灌浆后的试件在室温下静置24小时，待浆料硬化后，拆解开包裹试件的透明胶，放入温度为20℃±3℃，湿度大于90%的养生室内养生。

试件灌浆前试件灌浆时试件刮除多余浆液后

图2 旋转压实试件灌浆过程

养生完毕后将灌浆完成的圆柱体试件采用切割锯切割为2个高度为50 mm的薄圆体试件,再沿每个薄圆体直径切割为2个50mm厚的半圆形试件, 从而1个薄圆体可以获得较均匀的2 个50 mm 厚的半圆试件。这样, 每一个圆柱体试件就可以制得4个薄半圆体试件, 保证了同种级配混合料较好的一致性。最后，通过半圆试件中间切缝装置将半圆试件进行割缝处理后进行半圆弯曲试验。

2 母体试件灌浆量的确定

因为半柔性路面材料在母体沥青混合料成型后，把砂浆往母体沥青混合料里进行灌注，所以灌浆量的确定非常重要。

母体沥青混合料中的空隙包括封闭空隙和连通空隙，其中连通空隙率指混合料中相互贯通的空隙占试件体积的百分率，连通空隙为水泥砂浆理论上所能完全填充到的空隙，母体沥青混合料即使具有相同的空隙率，也会存在水泥砂浆填充效果不相同的情况，原因在于空隙中存在着不可填充的封闭空隙。所以为了准确反映母体混合料的可填充性能，对连通空隙率进行计算非常必要。连通空隙率与空隙率越接近说明该母体沥青混合料的填充效率越高，此外，施工时半柔性混合料中水泥砂浆的用量也可由该指标计算确定。

根据下式进行连通空隙率的计算：

（1）

其中：

首先把沥青混合料母体试件的底部封好，称其质量并贴上标签，做好记录；然后，把前面灌注好的半柔性路面混合料试件顶面的多余浆料刮掉，直至表面露出粗骨料为止，试模外部用抹布擦干净，称其质量 ；最后脱模测量试件高度，高度不在100mm±1.0mm范围内的试件去除，由此计算出实际灌浆质量。并和用连通空隙率计算的理论灌浆质量进行比较，验证连通空隙率计算式，试验结果见表1。

表1 母体混合料灌浆量试验

备注：理论灌浆质量=试件体积×连通空隙率×砂浆密度（砂浆密度）

从表1中可以看出，根据连通空隙率计算的理论灌浆质量和实际灌浆质量基本相似，说明连通空隙率计算式是可行的，可以考虑在实际工程中应用和进一步验证。

3 混合料的剩余空隙率研究

为检查沥青混合料母体试件是否被水泥砂浆完全填充，对灌浆试件进行切割分析，切割情况如图3。切割情况表明，水泥砂浆基本填满沥青混合料母体的空隙，比较密实，没发现干缩裂缝，填充效果较好。

图3 试件切割情况

在切割的基础上，本文又进一步研究了灌浆后混合料的空隙率。本文主要按《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）的要求，采用沥青混合料的一系列评价方法来测定混合料的空隙率。本文采用沥青混合料方法测定混合料的空隙率，试验结果见表2。

表2 灌浆后混合料的空隙率

由表2可以看出，灌浆后混合料的空隙率比较小，大约在2~3.5%，说明水泥砂浆基本填满沥青混合料母体的空隙，比较密实，填充效果较好。

4 半圆弯曲试验方案

试验设备采用美国 MTS 810 系列伺服液压材料试验系统，荷载传感器最大量程为 100kN。半圆弯曲试验支点距离选为 120mm（见图4），间接拉伸的荷载作用压条为12.7mm。国外静载试验时大都采用 50mm/min(如日本道路协会铺装试验法便览、AASHTO T283)，第 18 届世界道路会议报告推荐的加载速率在 -10℃时为18mm/min，+25℃及+45℃时为 51mm/min，并要求试验从开始到破坏时间不超过 30 秒。我国 1983 年公路工程沥青及沥青混合料试验规程规定间接拉伸试验的加载速率为 1mm/min，2000 年的试验规程改为加载速率为 50mm/min。本次研究依据ASTM-D4123，间接拉伸试验加载速率为 50.8mm/min的加载速率被加载至破坏，连续记录荷载和位移。

图4 半圆弯曲试验参数示意图

5 结语

（1）半圆试验装置简单，试件制作方便，既可以旋转压实，也可以直接从现场钻芯制得半圆弯拉试件。

（2）半柔性路面的半圆试件制作由于存在灌浆这一道工序的存在，所以要严格控制母体沥青混合料的孔隙率，并对试件灌浆的可灌性能有一定的要求。

（3）试件的切割工艺以及试验时的参数确定也是影响半圆试验效果的重要因素，因此在制作试件和试验时，要严格控制。

参考文献

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