低温破坏能评价沥青混合料低温性能研究

郭博

摘要：针对采用低温弯拉应变和低温弯拉强度表征沥青混合料低温性能所表现出的矛盾，本文引入低温破坏能评价沥青混合料的低温性能。在0℃，-10℃，-20℃三个低温条件下，对AC-16（基质）、 SMA-16两种典型类型沥青混合料进行低温弯曲试验，计算单位体积破坏能。结果表明，低温破坏能与温度基本成直线关系，该指标综合了低温弯拉应变和低温弯拉强度两种指标，有效地削弱了单一指标带来的误差，是一种直观、可靠、准确的沥青混合料低温性能评价指标。

Abstract： In view of the contradiction between low temperature flexural tensile strain and low temperature flexural tensile strength is used to characterize the low temperature performance of asphalt mixture， in this paper， low temperature damage energy can be used to evaluate the low temperature performance of asphalt mixture. Under these low temperature conditions of 0℃， -10℃， and -20℃， the AC-16 （matrix） and SMA-16 two typical types of asphalt mixture were subjected to low temperature bending test， calculated unit volume damage energy. The result shows， low temperature damage energy can be linearly related to temperature， the index combines two indexes of low temperature flexural tensile strain and low temperature flexural tensile strength， effectively weaken the error caused by a single index， it is an intuitive， reliable and accurate evaluation index of asphalt mixture at low temperature.

关键词：低温弯拉应变；低温弯拉强度；低温弯曲试验；低温破坏能

Key words： low temperature flexural tensile strain；low temperature flexural tensile strength；low temperature bending test；low temperature damage energy

中图分类号：U414 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）35-0221-02

0 引言

目前国内外对沥青混合料低温性能的评价很多，如美国SHRP计划推荐的约束试件温度应力及J-积分试验，中国“八五”攻关推荐的低温弯曲蠕变试验的试验，低温弯曲试验，其中以低温弯拉应或低温弯拉强度表征沥青混合料低温性能的低温弯曲试验，因其能较真实地模拟沥青混合料在低温条件下的受力状况而得到广泛认同，但单一采用破坏应变或弯拉强度作为评价指标有其局限性，相关研究表明，但使用单一指标评价，会出现破坏弯拉应变相接近而破坏弯拉强度相差很大的矛盾现象[1]。

由于单一指标存在上述缺点，本文在低温弯曲试验基础上，采用试验试件单位体积破坏所消耗的能量（单位体积破坏能）评价沥青混合料的低温性能。在试验温度0℃，-10℃，-20℃条件下，对AC-16基质、SMA-16两种不同类型沥青混合料进行低温弯曲试验，计算其单位体积破坏能，寻求温度变化下，低温破坏能的发展规律。

1 原材料及试验方案设计

1.1 原材料

本文沥青选用壳牌70#沥青，25℃针入度73.0（0.1mm），15℃延度116.1cm，软化点46.8℃。

集料选用无风化、不含杂质的石灰岩，矿粉采用磨细的石灰石粉，粗集料表观密度2.897g/cm3，细集料表观密度2.892g/cm3，矿粉表观密度2.7212g/cm3。

1.2 试验方案

本文选用AC16基质、SMA两种典型的沥青混合料，其级配如表1所示。

2 温度与破坏能关系研究

2.1 低温破坏能的定义

2.2 试验温度与破坏能关系

本文选用AC-16基质、SMA-16两种典型沥青混合料，分别在0℃，-10℃，-20℃三个低温环境下，进行低温弯曲试验，绘制应力-应变曲线图，回归分析应力-应变关系式，进而计算破坏能，最终分析研究破坏能与温度的关系，拟合回归系数如表2所示。

根据应力应变图拟合回归出的三项式，由破坏能公式（2）可以计算出两种沥青混合料在不同温度条件下的破坏能。将AC16基质沥青混合料，SMA沥青混合料分别在0℃、-10℃、-20℃的破坏弯拉应变，弯拉强度，弯曲劲度模量以及单位体积破坏能如表3所示，温度与破坏能的关系如图1所示。

由表3及图1分析可得出如下结论：

①图1可表征两种类型沥青混合料在任一低温环境下的单位体积破坏能，由表3可知相对破坏弯拉强度、破坏弯拉应变更直观、准确，便于比较，即可定量表征混合料抗变形能力大小。如在-10℃下，每立方米AC-16基质、SMA-16沥青混合料的低温破坏能分别是0.005758kj、0.009248kj，相差0.00349kj，即SMA-16抗变形的能力较AC-16基质大0.00349kj。

②两种沥青混合料的单位体积破坏能随温度的降低而递减，并且基本呈直线关系，表征温度的降低促使混合料的抗裂能力变差，通过破坏能与温度的对应关系，可方便得到该类型混合料极限破坏能对应的温度，即可找到沥青混合料所能承受的最低温度。

3 结语

①相对低温弯拉应变和弯拉强度，单位体积破坏能能更全面评价沥青混合料低温性能，规避了采用单一指标带来的结果不一致现象，是一种评价沥青混合料低温性能的新方法。

②单位体积破坏能评价指标更直观、准确、量化，通过建立温度与破坏能的关系，可掌握不同类型沥青混合料在不同温度下的破坏能发展规律，以便为不同低温环境下选择沥青混合料类型提供依据。

参考文献：

[1]王国忠，王忠涛，高明星，等.沥青稳定碎石基层混合料低温抗裂性能试验研究[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2008，29（3）：137-143.

[2]郝培文，张登良.沥青混合料低温抗裂性能评价指标的研究[J].公路，2000（05）：63-67.

[3]周和勝，郭静.沥青混合料低温性能影响因素分析[J].城市道桥与防洪，2010（06）.endprint