沥青混合料低温性能评价指标的研究

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摘要：我国沥青混合料低温抗裂性能的主要评价指标是低温弯曲试验的破坏弯拉应变和弯拉强度，但平行试验很可能出现破坏弯拉应变较接近而弯拉强度相差较大的矛盾结果。本文基于低温弯曲试验，采用单位体积破坏能和弯曲系数来评价沥青混合料的低温性能，能避免使用单一指标破坏应变相差较大的情况，且能利用弯曲系数预测混合料抵抗低温的能力。

关键词：低温评价指标 破坏能 弯曲系数

0引言

目前，我国主要用低温弯曲试验评价沥青混合料的低温性能，在低温条件（-10℃）下对小梁施加跨中荷载直至断裂，得到荷载与跨中挠度关系曲线，以破坏弯拉应变作为评价指标，但采用单一评价指标很有可能出现平行试验中破坏弯拉应变较接近而弯拉强度相差较大的矛盾结果。针对低温弯曲试验方法的不足，本文从能量的角度对沥青混合料进行了粘弹性分析，由低温弯曲试验得到的应力-应变曲线，回归出沥青混合料的单位体积破坏能，用破坏能和弯曲系数作为沥青混合料的低温抗裂性能评价指标。

1矿料级配

本文采用AC-16型沥青混合料，沥青为壳牌70#，集料采用石灰岩，各筛孔的通过率见表1。

表1 AC-16各粒径通过筛孔百分率

2基于低温弯曲试验的评价指标

试件尺寸：40mm×40mm×250mm小梁，跨距200mm，单点跨中加载，试验在MTS810闭环液伺服试验机上进行，加载速率为50mm/min。

由弯曲试验的荷载-跨中挠度曲线可以得到弯曲破坏荷载、破坏时的挠度，计算出试件的抗弯拉强度、梁底破坏弯拉应变以及破坏时的弯曲劲度模量，并确定小梁试件在破坏时的单位体积破坏能。

2.1单位体积破坏能

不同沥青混合料具有不同的能量储存能力，称为破坏能。沥青混合料试件达到破坏时所消耗的能量与其抗裂性能有较好的关联性，消耗的能量越大，抗裂性能就越好。

根据破坏能的定义，单位体积的破坏能可以表示为：

（2-1），其中 表示破坏能；εc为应力达到峰值时的应变。

因此，可根据应变能（Wε）是否大于材料的破坏能（ ）来判断沥青混合料是否发生低温开裂。即当 （2-2）时，混合料不产生开裂；而当应变能大于或等于破坏能时，混合料产生开裂。

分析应力-应变曲线发现，三次多项式能较好的拟合应力-应变关系的上升阶段。即 （2-3）。式中，其中常数仅与材料类型有关。由式3-3和3-1即可得到沥青混合料的单位体积破坏能： （2-4）

2.2弯曲系数

沥青混合料一般有3种破坏形式，如图1。A曲线呈线性关系，为脆性破坏，当应力达到峰值时试件突然断裂，并丧失承载能力；C曲线为柔性破坏，当应力达到最大值时试件开始破坏，但仍具有承载能力；B曲线破坏形式介于A、C之间。

B型破坏的产生温度是一个关键性参数，在该温度范围内，混合料的低温破坏形式从柔性转化为脆性，该温度称为脆化点。脆化点越低，沥青混合料破坏形态由柔性转化为脆性的温度越低，即低温抗裂性能也越好。

引入弯曲系数Su，以描述混合料低温弯曲破坏形式及应力-应变曲线的属性，并预测混合料抵抗低温的能力。Su计算公式为： （2-5）。式中： 为弯曲系数；Rb为强度；dw/dv为弯曲破坏能密度； 为最大弯拉应变。

2.3试验结果分析

由公式2-4可以得到混合料在不同温度下的破坏能，列于表2。根据破坏能、破坏应变和破坏强度，利用公式2-5可以求得混合料的弯曲系数。

由上表回归出弯曲系数与温度的关系式，将其与相关系数列于表3。并根据关系式求出弯曲系数为1时的温度，即脆化点温度。性能趋势一致。两种沥青混合料相比较，改性沥青混合料的破坏能较大、脆化点温度较低，低温抗裂性能要明显优于基质沥青混合料。

3结语

本论文通过对两种沥青混合料进行0℃、-10℃、-20℃的弯曲试验，得出混合料的应力-应变曲线，计算出混合料在每个温度下的单位体积破坏能和弯曲系数。

利用破坏能能够较好地评价混合料低温性能，利用弯曲系数能预测混合料的脆化点温度，即抵抗低温的能力。综合两个评价指标，能较全面的评价混合料的低温性能，避免了使用单一指标而使结果出现矛盾的现象。

参考文献：

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