基于抗剪强度的沥青混合料类型高温性能研究

老国健

【摘要】为了更加直观的表现沥青混合料的高温性能，通过研究沥青混合料抗剪强度的测试原理，研发了沥青混合料抗剪强度试验仪，通过测试剪切进程中施加的最大瞬间荷载从而计算出抗剪强度。通过对不同级配的沥青混合料的抗剪强度测试，得出SMA-16的抗剪强度最大，其高温性能最好，其次为AC-16C，OGFC-16最差。

【关键词】抗剪强度；沥青混合料；高温稳定性

0引言

沥青混合料的高温稳定性是其主要性能之一，其中剪切破坏是高温状态下的主要破坏方式，我国当前相关技术规范是以沥青混合料的动稳定度作为评价沥青混合料高温稳定性的指标，动稳定度从一定程度上以试验的角度表征了其抗车辙性能，并未从力学角度上予以阐述.我国对于沥青混合料高温变形规律研究的试验方法中尚无一种比较简单而又完善的试验方法，所以急需一种既可真实的而又有效模拟实际路面的应力和环境状态，且可得到相关力学参数的沥青混合料的高温变形试验方法。因此，有必要对影响沥青混合料的抗剪切能力予以相关力学评价指标。本文基于上述问题展开沥青混合料的抗剪强度研究，并对常见的沥青混合料类型进行高温性能的评价。

1沥青混合料抗剪强度的测试原理及方法

依据库伦-摩尔定律设计沥青混合料的抗剪强度测试方法，沥青混合料材料颗粒之间的表面摩擦力、咬合力及粘结力是组成抗剪强度的主要部分，其中表面摩擦力及咬合力统一被称为内摩阻力，内摩阻力与剪切面上法向正应力成正比关系，材料颗粒之间的粘结力与法向正压力无关，是材料固有的性质。即：

c和是表征路面材料的抗剪性能的两个主要参数，可以利用室内试验来绘制抗剪强度包线来求得，这里所说的抗剪强度包线是表示材料受到不同应力作用从而达到极限状态时，滑动面上的法向应力与剪应力之间的关系。抗剪强度包线是一条曲线，其在一定范围内能够近似的用直线来表示。摩尔-库仑定律利用抗剪强度包线的上述性质，在合理的范围内简化为直线，从而求的抗剪强度参数。

图1 抗剪强度包线

根据上述原理自行研发了沥青混合料抗剪强度试验仪，通过测试剪切进程中施加的最大瞬间荷载从而计算出抗剪强度，其计算公式如下所示：

式中：F为水平剪力（N），为抗剪强度（MPa），S为试件的剪切面积（m2）

在试验过程中，以不同的正压力下的抗剪强度的为基准，利用强度包线原理，采用最小二乘法进行计算，即可算出内摩擦角，粘结力。计算公式如下所示：

2不同级配类型下的沥青混合料抗剪强度研究

根据上述理论，现对不同级配的沥青混合料的抗剪强度展开试验研究，为了规避其他影响因素，这里统一采用最大公称粒径为16mm，采用SBS 改性沥青，集料、填料等均相同。选择AC-16C、SMA-16、OGFC-16等三种级配类型作为试验对象，选择0.1MPa，0.4MPa，0.7MPa三个正压力下进行试验。试验结果如下所示：

级配 抗剪强度

（MPa） 内磨阻角

（°） 粘聚力

（MPa） 动稳定度

（次/mm） 稳定度

（KN） 相关系数

OGFC-16 1.065 42.3 0.429 1879 8.5 0.98

AC-16C 1.098 44.8 0.402 2375 14 0.96

SMA-16 1.177 47.8 0.418 5220 9.8 0.92

由上述表格可以看出，试验所得的抗剪强度结果与动稳定度有着较高的相关系数，这也从试验角度说明该试验设备与方法具有合理性及可行性。此外，从SMA-16、AC-16C、OGFC-16三种沥青混合料来看，SMA的抗剪强度最大，其高温性能最好，其次为AC-16C，OGFC-16最差。可以得出这样的结论，规避掉其他因素，SMA型沥青混合料具有最佳的抗剪强度。为了更加明晰的比较不同级配对沥青混合料的抗剪强的影响，形成如下图示：

图2 不同级配类型的沥青混合料抗剪强度

3、結论

（1）能够通过测试剪切进程中施加的最大瞬间荷载从而计算出抗剪强度。

（2）通过对不同级配的沥青混合料的抗剪强度测试，得出SMA-16的抗剪强度最大，其高温性能最好，其次为AC-16C，OGFC-16最差。

4、参考文献

[1] 沙庆林.高速公路沥青路面早期破损现象及预防[M].北京：人民交通出版社，2001：18-36

[2] 张登良.沥青路面工程手册[M].北京：人民交通出版社，2003

[3] 沈金安.沥青及沥青混合料路用性能.北京：人民交通出版社，2001