内部裂隙对沥青路面力学性能和路用性能的影响分析

何佼莲

（贵州省公路建设养护集团有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

沥青路面的力学和路用性能受到其内部结构的影响，在实际工程中，由于沥青混合料的离析等因素，会使其内部出现裂隙，因此，研究其对路面结构的影响，具有十分重要的现实意义[1]。

1 内部裂隙对沥青路面抗弯拉强度的影响

1.1 试件制作及试验方法

通过三点弯曲试验，探讨了不同裂隙对沥青混合料抗弯拉强度的影响。

（1）将不同体积的砂粒按技术要求采用锡箔包覆，制成正常工况下的车辙板试件，其内部裂隙系数分别为0.5%、1%、1.5%、2%。

（2）该文所用的沥青是 SBS改性沥青，试样在成形48小时后进行脱模，按三点弯曲试验法测定其抗弯强度，每种工况分别选用3个小梁试件。

（3）采集试验数据，并将试验得到的数据进行统计分析。

1.2 三点弯曲试验结果及分析

按照规范进行数据处理后，三点弯曲强度试验结果如表1所示。

根据表1中的数据，绘制出弯拉强度随内部裂隙系数变化关系的曲线图，如图1所示。

图1 抗弯拉强度随混合料内部裂隙系数变化曲线

表1 三点弯曲强度试验实测数据

通过对试验资料和图象的分析，发现小梁试件的弯曲强度随裂缝的增大而降低。

随着裂缝的增大，小梁结构的抗弯拉强度降低的幅度呈增大趋势。在混凝土中裂缝系数为2%的情况下，小梁的弯曲强度最大值为12.7%，其弯曲强度累计下降34.6%，表明裂缝对混凝土的弯曲强度影响较大，有很大的降低作用[2]。

2 内部裂隙对沥青路面抗剪强度的影响

2.1 试件制作及试验方法

采用抗剪承载力测试方法，对混凝土路面的抗剪强度进行了分析。

（1）制备马歇尔试件，在正常条件下，内部裂隙系数分别设定0.5%、1%、1.5%、2%的马歇尔试样。

（2）每种工况采用3组平行试验，采集试验数据，并将试验得到的数据进行统计分析[3]。

2.2 抗剪强度试验结果及分析

按照规范进行数据处理后，剪切试验结果如表2所示。

表2 剪切试验实测数据

根据表2中的数据，绘制出抗剪强度随内部裂隙系数变化关系的曲线图，如图2所示。

图2 抗剪强度随混合料内部裂隙系数变化曲线

从试验资料和现场实物图片可以看出，随着裂缝的增大，试样的剪切强度会降低，而裂缝的出现会削弱整体的剪切强度。

在含裂缝的试件中，试样的剪切强度降低4.0%，而在2%以内部裂隙系数时，最大值为8.5%，但此试件的剪切强度则降低20.5%。内部裂隙在同一增加幅度下，内部裂隙对其抗弯强度的影响较大，而对其抗剪强度的影响则相对较小。

3 内部裂隙对沥青路面高温稳定性的影响

3.1 试件制备及试验方案

采用高温车辙试验方法，对沥青路面的高温稳定性能进行了分析。

（1）按试验要求，制作正常工况下车辙板试件，其内部裂隙系数为0.5%、1%、1.5%、2%。

（2）同一工况下至少平行试验3个试件，试验采用ZCZ-10型自动车辙试验仪[4]。

3.2 车辙试验试验结果及分析

按照规范进行数据处理后，车辙试验结果如表3所示。

表3 沥青混合料车辙试验结果

根据表3中的数据，绘制出动稳定度随内部裂隙系数变化关系的曲线图，如图3所示。

图3 动稳定度随混合料内部裂隙系数变化曲线图

根据试验资料和影像资料的分析，发现当内部裂隙系数增加时，沥青混合料的动稳定度会降低。在0%~1%的情况下，试样的动稳定度减小很小，而在1%以上的内部裂隙系数，则表现出更大的变化，试件的动稳定度明显下降。

观测图像结果，聚合物内部裂隙与试件的动稳定性之间具有良好的线性关系，其相关系数为0.978，从而为研究裂缝对路面高温稳定性的影响提供了理论基础。

4 内部裂隙对沥青路面低温抗裂性的影响

4.1 试件制备及试验方案

采用低温弯曲试验，探讨了不同温度下裂缝对沥青路面的抗裂性能的影响[5]。

（1）制作正常工况下，内部裂隙系数为0.5%、1%、1.5%、2%的车辙板。

（2）该文所选用的沥青是 SBS改性沥青，对其抗弯拉强度、最大弯拉应变、弯曲劲度模量、断裂能等指标进行了分析，并对其进行了研究。

4.2 低温弯曲试验试验结果及分析

按照规范进行数据处理后，试验结果如表4所示。

表4 低温弯曲试验结果

根据表4中的数据，绘制关系曲线图，试件的抗弯拉强度变化曲线图如图4~6所示。

图4 抗弯拉强度随混合料内部裂隙系数变化曲线图

从测试数据和试验统计分析图4~6，可以看出：

（1）从图4中可以看出，由于内部裂隙的持续增加，小梁试件的抗弯强度降低，而曲线坐标拟合后，其内部裂隙系数的方程为SB=−0.334 3λ2−1.445 4λ+12.399，通过此方程，可得出内部裂隙与抗弯拉强度呈二次指数型的线性关系。

（2）从图5可知，由于内部裂隙的持续增加，小梁试件的最大弯拉应变值降低，曲线上的坐标拟合，可以得出最大弯拉应变与内部裂隙系数之间的关系式为εB=-87λ2-50.7λ+3 002.6，由方程可知，内部裂隙系数与弯拉强度呈二次指数关系。

图5 最大弯拉应变随混合料内部裂隙系数变化曲线图

（3）通过对图6的分析可知，相同的沥青混合料，内部裂隙越大，其弯曲劲度模量越低。内部裂隙系数为在0.5%、1%、1.5%、2%时，试件弯曲劲度模量比正常试件降低2.20%、7.79%、7.68%、5.01%。从试验结果可以看出，随着裂缝系数的增加，试件的弯曲劲度模量减小的程度没有显著的规律性；由方程式可知，内部裂隙系数和弯曲劲度模量之间存在着线性关系，相关系数为平方R2=0.976 4，说明两者之间存在着很高的相关性。

图6 弯曲劲度模量随混合料内部裂隙系数变化曲线图

（4）三幅图象的综合对比表明，内部裂隙对试件的抗弯拉强度、最大弯拉应变影响较为明显，而对试件劲度模量影响不大。

5 结论

综上所述，该文着重探讨了沥青路面的内部裂隙对其力学和道路使用性能的影响，主要研究结论如下：

（1）小梁试件的弯拉强度随裂缝的增加而降低；在相同的内部裂隙增加幅度下，试件的抗弯拉强度降低程度呈逐步增加状态，而在2%以内部裂隙系数时，其抗弯拉强度的降低最大[6]。

（2）抗剪试验结果显示：整体抗剪强度随着裂缝的增加而降低，但内部裂隙对沥青混凝土的抗弯强度影响较大；对抗剪强度的作用不明显。

（3）车辙试验结果显示：内部裂隙对高温稳定有一定的影响，且随着裂缝的增加，其高温稳定性会逐渐降低。

（4）低温弯曲试验结果显示：内部裂隙对试样的低温抗裂性有一定的影响，且随裂缝的增加低温抗裂性逐渐降低。但内部裂隙对试件的弯拉强度和最大弯拉应变有显著的影响，而对试件的劲度模量影响不大。