沥青混合料蠕变特性试验研究★

姚 晨 马志新 杨志峰

(1.长沙理工大学，湖南 长沙 410004； 2.新疆维吾尔自治区公路管理局叶城管理局，新疆 喀什 844900； 3.江西交通咨询公司，江西 南昌 330025)

沥青混合料蠕变特性试验研究★

姚 晨1马志新2杨志峰3

(1.长沙理工大学，湖南 长沙 410004； 2.新疆维吾尔自治区公路管理局叶城管理局，新疆 喀什 844900； 3.江西交通咨询公司，江西 南昌 330025)

针对五种沥青混合料组成的沥青路面结构，采用三轴重复加载永久变形试验对沥青混合料的流变特性进行了试验研究，根据试验结果，利用多元非线性回归方式获得基于Bailey-Norton模型的沥青混合料的高温蠕变参数，研究结果为沥青路面结构与材料的高温变形设计提供理论支撑。

沥青混合料，三轴重复加载试验，蠕变，参数

0 引言

我国沥青路面发展至今，总里程数已跃居世界第一，然而高温车辙病害始终存在于沥青路面中[1-4]。为了解决沥青路面高温永久变形问题，各类沥青改性剂，如SBS,SBR、岩沥青等材料被广泛应用。而沥青路面的永久变形与沥青混合料的蠕变性能相关，本文以基质沥青、SBS改性沥青、SBR改性沥青、掺入煤沥青的混合沥青以及温拌改性沥青等5类沥青结合料形成的沥青混合料为研究对象，模拟荷载作用下沥青路面永久变形行为，采用三轴剪切疲劳试验研究了沥青混合料的剪切蠕变规律；基于时间硬化模型获取材料的蠕变参数，研究结果对沥青路面结构永久变形预估提供了可靠的材料参数，并得出了沥青混合料的蠕变性能机理。

1 原材料

对5种沥青混合料进行试验研究，级配采用AC-13C，集料为玄武岩矿料。沥青结合料分别为：

1)90号石油沥青；

2)“70%石油沥青90号+30%煤沥青”混合制备成的结合料；

3)“温拌改性剂+70%石油沥青90号+30%煤沥青”混合制备的结合料；

4)“SBS+70%石油沥青90号+30%煤沥青”混合制备的结合料；

5)“SBR+70%石油沥青90号+30%煤沥青”混合制备的结合料。

按照马歇尔设计规程对上述5种沥青混合料进行最佳油石比设计，沥青混合料路用性能均满足《公路工程沥青路面施工技术规范》的相关技术要求。

2 三轴重复加载永久变形试验

根据AASHTO320试验规程，对三轴压缩试验单次极限加载的方式进行改进，利用通用材料试验系统(UTM)进行重复剪切加载，进行三轴重复加载永久变形试验。试件选用高150 mm、直径100 mm的圆柱形试件(φ100 mm×H150 mm)，试验温度为60 ℃，加载围压为138 kPa。偏应力为0.3 MPa/0.5 MPa/0.7 MPa或者0.5 MPa/0.7 MPa/0.9 MPa，具体根据试验过程中的数据确定，首先做0.5 MPa与0.7 MPa偏应力的试验，而后再确定是采用0.3 MPa还是0.9 MPa进行试验。加载波形为加载1 s、卸载1 s的方波。以加载5 000次或者试件完全发生剪切破坏、剪切应变不再增加作为试验结束条件。

3 试验结果分析

通过上述三轴重复加载永久变形试验，可以得出5种沥青混合料在不同加载力条件下的剪切永久变形与作用次数间的关系曲线，具体试验结果如图1所示。

由图1可以看出：

1)沥青混合料在荷载重复作用下，会出现3阶段的变形规律，即迅速压密的迁移期、变形线性增大的稳定期和变形迅速发展的破坏期。

在同一温度和应力作用下，永久变形随荷载作用次数的增加而增大，稳定期永久应变发展速率增大且破坏期会提前到来。在试验中，除90号石油沥青混合料在0.7 MPa、温拌混合沥青混合料在0.5 MPa作用下试件出现反弯点外，绝大部分试验的永久变形曲线均未出现明显的永久应变变化率最小点，即仍处于稳定期。

2)5种沥青混合料在荷载作用次数的变化下，其永久应变的变化规律基本一致，但沥青原材料性能对混合料的永久应变具有明显影响。

在0.7 MPa偏应力水平下，SBS改性混合沥青混合料、SBR改性混合沥青混合料、温拌混合沥青混合料要优于混合沥青混合料、90号石油沥青混合料；在0.9 MPa偏应力水平下，SBS改性混合沥青混合料优于SBR改性混合沥青混合料和混合沥青混合料。

4 材料高温蠕变参数研究

沥青混合料的流变特性可用蠕变模型进行描述[5-9]，即材料的变形εc是与温度T、应力σ和时间t相关函数。在ABAQUS软件中，材料高温蠕变模型采用Bailey-Norton公式进行表征，其表达式为[5]：

(1)

根据高温剪切疲劳试验数据，采用Datafit软件包进行多元非线性回归，获得60 ℃下5类沥青混合料的高温蠕变参数如表1所示。

表1 不同沥青混合料的非线性蠕变参数

5 结语

针对五类沥青混合料，采用三轴重复荷载永久变形试验分别评价了混合料的高温剪切性能，而后对试验数据进行非线性回归分析，得到了材料高温蠕变参数。主要结论如下：

1)沥青混合料在重复荷载作用下，会出现迁徙期(迅速压密)、稳定期(变形线性增大)和破坏期(变形迅速发展)三阶段变形。

2)在五类沥青混合料中，对于提高路面整体结构的高温抗车辙能力方面，性能最优的为SBS改性混合沥青混合料，余下依次为温拌混合沥青混合料>混合沥青混合料>SBR改性混合沥青混合料>90号石油沥青混合料。

3)利用Bailey-Norton蠕变模型，回归得出五类沥青混合料的蠕变参数，为沥青路面结构永久变形预估提供了基础参数。

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Performance evaluation of creep characteristic of asphalt mixes★

Yao Chen1Ma Zhixin2Yang Zhifeng3

(1.ChangshaUniversityofScience&Technology,Changsha410004,China;2.YechengDepartment,RoadAdministrationofXinjiangProvince,Kashi844900,China;3.JiangxiTransportConstructionCompany,Nanchang330025,China)

For different types of asphalt pavement structures combined with five asphalt mixes, the repeated triaxial shear tests were conducted to obtain the rheological characteristics of the five pavement materials firstly. And then, the creep parameters of pavement materials were fitted with nonlinear multi-regression based on Bailey-Norton model. The research findings provide technologies foundation for high temperature performance design of pavement structures and materials of steel deck pavement.

asphalt mixture, repeated triaxial shear test, creep, parameter

2015-02-27★：江西省交通厅科技项目(项目编号：2011C0063)

姚 晨(1985- )，男，在读工程硕士

1009-6825(2015)13-0121-02

U414.1

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