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沥青混淆料高温性能评价指标研究

宣布日期：

2025-06-11

摘要

为研究通例的高温性能评价指标与混淆料抗剪强度的相关性，引入骨架接触度SSC和骨架稳固度S指标来表征矿料级配的骨架结构特征，对3种差别矿料级配的AC-13沥青混淆料举行了60℃条件下的车辙试验、无侧限抗压试验及单轴贯入试验，划分接纳动稳固度、yong久变形量及抗剪强度来评价沥青混淆料的高温强度性能，并对矿料骨架结构特征、动稳固度、yong久变形与抗剪强度的相关性举行了剖析。

摘要

为研究通例的高温性能评价指标与混淆料抗剪强度的相关性，引入骨架接触度SSC和骨架稳固度S指标来表征矿料级配的骨架结构特征，对3种差别矿料级配的AC-13沥青混淆料举行了60℃条件下的车辙试验、无侧限抗压试验及单轴贯入试验，划分接纳动稳固度、yong久变形量及抗剪强度来评价沥青混淆料的高温强度性能，并对矿料骨架结构特征、动稳固度、yong久变形与抗剪强度的相关性举行了剖析。效果批注：①骨架接触度SSC和骨架稳固度S与混淆料的抗剪强度正相关，可用来举行混淆料高温稳固性的初期设计，提高混淆料高温性能设计的可靠度；②动稳固度与抗剪强度具有很好的相关性，可较好地反应混淆料的高温性能，但离散性较大，当两种沥青混淆料的高温性能相差不大时，接纳动稳固度指标来评价高温稳固性时敏感性和区分度均较低，可靠性不高，此情形下建议增添抗剪强度指标举行高温性能评价；③车辙试验的yong久变形与混淆料抗剪强度相关性较差，不适适用来直接评价混淆料的高温性能。

要害词：沥青混淆料 | 高温性能 | 单轴贯入试验 | 抗剪强度 | 动稳固度 | 矿料骨架特征

车辙是沥青路面典范的病害类型，在结构型、失稳型、压密型和磨耗型4类车辙病害中，zui常见的是失稳型车辙，即荷载作用爆发的剪应力凌驾沥青混淆料的抗剪强度时泛起的剪切流动变形�？辜羟慷仁橇で嗷煜细呶挛裙绦詚ui直接的评价指标，可直接反应混淆料结构破损时的力学特征。在对沥青混淆料设计时通常接纳稳固度和动稳固度两个参数举行沥青混淆料的高温稳固性控制。稳固度和动稳固度作为混淆料高温稳固性间接评价指标，能否真实反应着实际高温性能越来越受到宽大学者的质疑，已有研究指出马歇尔稳固度及流值与混淆料高温性能相关性很差，动稳固度仅思量了压实沥青混淆料后15min的yong久变形率，缺乏对全历程的累积变形量和zui大yong久变形量的思量，在评价沥青混淆料的高温稳固性时保存较大的局限性。单轴贯入试验要领能模拟路面的现实受力状态，接纳单轴贯入试验盘算获得的抗剪强度可以较真实地反应现实路面的应力情形。已有较多学者接纳单轴贯入试验要领对沥青混淆料高温性能举行了较深入的研究。高振鑫等接纳单轴贯入数值试验要领研究了矿料级配对混淆料抗剪强度的影响纪律，并验证了该要领的合理性，基于抗剪强度zui大原则提出了4.75、2.36、0.075mm要害筛孔通过率控制规模；汤文等对4种类型的沥青混淆料在差别温度下划分接纳APA车辙深度、单轴贯入强度及剪切模量对混淆料高温性能举行评价，发明高温下抗剪性能好的沥青混淆料低温下抗剪性能并纷歧定好，提出沥青混淆料抗剪性能的评价应连系情形温度，并建设了3种指标间的回归关系式；朱昆等接纳单轴贯入试验对大粒径沥青混淆料举行级配设计，并验证了其合理性。

虽然对沥青混淆料高温性能评价要领方面已有较多研究，但以混淆料的矿料骨架特征来反应其高温性能方面的研究却少有报道。且通例的高温性能评价指标yong久变形和动稳固度不可展现混淆料失稳破损的实质，均是间接反应混淆料的高温性能，与混淆料的抗剪强度是否具有相关性值得探讨。为此，该文通过单轴贯入试验对矿料骨架结构特征、车辙试验的yong久变形及动稳固度与抗剪强度的关系举行研究，提出基于矿料骨架特征的沥青混淆料高温稳固性设计头脑并以抗剪强度举行高温稳固性评价。

试验

试验用沥青胶结料为SBS改性沥青(Ⅰ-Ｄ)，手艺指标如表1所示。粗集料接纳粒径4.75mm以上的辉绿岩，细集料及矿粉为石灰岩，3种矿料级配如表2所示。

沥青混淆料高温性能评价指标研究

沥青混淆料高温性能评价指标研究

3种矿料级配均接纳单粒径配料，划分举行马歇尔试验、车辙试验、无侧限抗压强度试验及单轴压缩试验。

无侧限抗压及单轴压缩试验用的试件均接纳静压方法成型直径100mm、高100mm的圆柱体，在室温条件下安排48h后将试件安排在60℃情形箱中保温5h，接纳MTS对圆柱体试件举行无侧限抗压试验和单轴贯入试验，从而盘算高温条件下混淆料的抗剪强度及黏聚力ｃ、内摩擦角φ值。

无侧限抗压试验加载速率为2mm/min；单轴贯入试验压头尺寸为直径28.5mm、高50mm，加载速率为1mm/min。整个试验历程均在60℃情形箱内完成。

试验效果及剖析

马歇尔试验效果

对3种矿料级配接纳马歇尔要领确定的zui佳油石比均为4.5%，zui佳油石比下3种AC-13沥青混淆料马歇尔试验效果如表3所示。

沥青混淆料高温性能评价指标研究

矿料级配的骨架结构表征

接纳骨架接触度SSC、骨架稳固度S两个指标来表征混淆料中矿料的骨架结构特征，其盘算公式如下：

沥青混淆料高温性能评价指标研究

3种沥青混淆料的骨架接触度SSC及骨架稳固度S盘算效果如表4所示。

从表4可以看出：从级配Ⅰ到级配Ⅱ，粗集料含量增添2.8%，骨架接触度提高了4.2%，骨架稳固度提高了5.9%；从级配Ⅱ到级配Ⅲ，粗集料含量增添了4.2%，骨架接触度提高了5.9%，骨架稳固度提高了4.6%。随着粗集料含量的增添，骨架接触度SSC和骨架稳固度S均逐渐增大�？杉�，骨架接触度SSC和骨架稳固度S两个指标可以较敏感地反应矿料骨架结构的转变情形。

沥青混淆料高温性能评价指标研究

车辙试验效果及剖析

3种AC-13沥青混淆料在60℃条件下的试验效果如表5及图1所示。

沥青混淆料高温性能评价指标研究

沥青混淆料高温性能评价指标研究

从表5可以看出：从级配Ⅰ到级配Ⅱ，粗集料含量增添了2.8%，动稳固度提高了75.7%，从级配Ⅱ到级配Ⅲ，粗集料含量增添了4.2％，动稳固度仅提高了5％。3种矿料级配随着粗集料含量增大，动稳固度增大，但增添速率逐渐减小。批注当粗集料含量抵达一定比例时，继续增添粗集料含量对高温稳固性孝顺不大。

从表5和图1可以看出：①无论是从每种级配的沥青混淆料平行试验效果来看，照旧从3种级配的沥青混淆料比照效果来看，yong久变形越小动稳固度并纷歧定就高，车辙试验的yong久变形与动稳固度效果并纷歧致；②从级配Ⅱ和级配Ⅲ动稳固度试验效果可以看出：级配Ⅱ和级配Ⅲ沥青混淆料平行试验效果的标准误差甚至凌驾了两种沥青混淆料动稳固度效果的差值，这批注当两种类型沥青混淆料高温性能相差不大时，接纳动稳固度评价其高温性能的区分度不高，可靠性相对较低，此种情形下接纳动稳固度指标评价其高温性能可能造成评价效果与现真相形不符。

单轴贯入试验效果及剖析

无侧限抗压及单轴贯入试验效果如表6所示。

沥青混淆料高温性能评价指标研究

参考孙立军接纳三维有限元举行力学剖析获得的贯入强度为1MPa、泊松比为0.35时的强度参数，该文以此为基础使用单轴抗压试验和单轴贯入试验获得混淆料抗剪强度τmax、黏聚力ｃ及内摩擦角φ，效果如表7所示。

沥青混淆料高温性能评价指标研究

从表7可以看出：随着混淆料中粗集料含量增添，混淆料抗剪强度逐渐增大，沥青胶浆的黏聚力逐渐减小，内摩擦角逐渐增大。从级配Ⅰ到级配Ⅱ，粗集料含量增添2.8%，抗剪强度提高了24.2%，内摩阻角增大了8.4%，黏聚力降低了13%；从级配Ⅱ到级配Ⅲ，粗集料含量增添了4.2%，抗剪强度仅提高了0.7%，内摩擦角仅增大0.9%，黏聚力降低了3.8%。连系表4可知：当粗集料含量小于65%时，随着粗集料含量的增添，矿料骨架嵌锁水平增强，抗剪强度也有较大幅度的提升，当粗集料含量凌驾65%时，继续增添粗集料含量依然能较显着地提升矿料骨架嵌锁水平，但对抗剪强度的提升作用不显着。这也批注并非矿料骨架结构嵌锁水平越高，混淆料的抗剪强度就越好。剖析缘故原由以为：随着粗集料的增添，细集料含量镌汰，矿料比外貌积减小，相同油石比下沥青膜厚度减小，结构沥青含量降低，造成沥青胶浆的黏聚力减小，这种减小的幅度相关于抗剪强度来说影响很小。但由于粗集料形成的骨架嵌锁结构需要沥青胶浆的黏聚力举行约束和稳固，当粗集料含量过多时，细集料和沥青形成的沥青砂浆系统的黏聚力降低，对粗集料骨架嵌锁结构的约束作用削弱，从而削弱了粗集料的骨架嵌锁结构对混淆料抗剪强度的孝顺；另一方面，细集料含量镌汰导致粗集料形成的矿料骨倾轧隙缺少足够的沥青砂浆举行填充，从而影响混淆料的密实性。虽然沥青砂浆的黏聚力相关于抗剪强度的孝顺率较小，但在混淆料结构系统中，矿料骨架结构与沥青砂浆相互作用、相互制约，配合形成混淆料的强度。因此当粗集料含量增添到一定比例后继续增添时，混淆料的密实度降低，抗剪强度提升幅度很小甚至可能降低。对沥青混淆料举行设计时，在包管混淆料密实度条件下可通过提高矿料骨架嵌锁水平来有用提升混淆料的抗剪强度。

各指标与抗剪强度相关性

剖析骨架接触度SSC、骨架稳固度S及车辙试验的yong久变形、动稳固度与混淆料抗剪强度关系如图2~4所示。

沥青混淆料高温性能评价指标研究

沥青混淆料高温性能评价指标研究

沥青混淆料高温性能评价指标研究

由图2可以看出：骨架接触度SSC、骨架稳固度S与混淆料抗剪强度具有较好的相关性，相关系数划分抵达0.676、0.834。因此在对沥青混淆料举行设计时可以接纳骨架接触度和骨架稳固度对混淆料中矿料骨架结构举行起源评价，实现对混淆料高温稳固性设计的初期控制，而无需比及高温性能验证时才华得知效果，一旦缺乏格又得重新最先。既阻止了初期设计的不确定性和盲目性，降低重复实验的事情量，又可以实现初期对矿料级配的优化，提高混淆料高温性能设计的可靠度。

由图3可以看出：yong久变形与抗剪强度相关性很差，这也批注接纳车辙试验的yong久变形评价混淆料的高温稳固性并不对理。这主要是由于室内车辙试验次数较少，yong久变形仅反应了初期的压密变形。而在现实工程项目中，许多工程项目沥青路面的现场压实度已远凌驾现行JTG F40-2017《公路沥青路面施工手艺规范》划定的93%的控制标准，开放交通后压密变形的空间较小，主要的车辙病害是高温重载下结构失稳所致，此时的路面变形包括前期的压密变形和沥青混淆料失稳后的剪切流动变形两部分，而初期压密变形占较量小，可见，室内车辙yong久变形并不可真实反应路面现实的车辙变形情形，因此不适适用来直接评价混淆料的高温稳固性。

由图4可以看出：动稳固度与抗剪强度具有很好的相关性，相关系数高达0.996，这也批注接纳动稳固度评价混淆料的高温稳固性在一定水平上是合理的。但由于动稳固度效果离散性很大，当两种沥青混淆料的高温性能相差不大时，接纳动稳固度指标来评价高温稳固性时敏感性和区分度均较低，可靠性缺乏。

结论

通过引入骨架接触度和骨架稳固度指标，对差别矿料级配下的沥青混淆料的粗集料骨架结构特征举行量化，从而建设了矿料骨架结构特征与混淆料抗剪强度的相关关系，剖析了通例高温性能评价指标即车辙试验的yong久变形和动稳固度与抗剪强度的相关性，获得以下结论：

(1)骨架接触度SSC和骨架稳固度S与混淆料的抗剪强度正相关，可接纳这两个指标对混淆料的高温稳固性举行初期设计，指导矿料级配的优化，阻止矿料级配设计的不确定性和盲目性，从而提高混淆料高温性能设计的可靠度。

(2)车辙试验的yong久变形与抗剪强度相关性较差，不适适用来直接评价混淆料的高温稳固性。

(3)动稳固度指标在评价沥青混淆料的高温稳固性的总体趋势上与抗剪强度效果一致，且具有很好的相关性，但在评价两种高温性能相差不大的混淆料时，动稳固度指标并不对适，此种情形下建议增添抗剪强度评价指标。

(4)由于该文研究的矿料级配类型较少，粗集料转变的规模也较窄，样本数目有限，研究效果的适用性还需大宗后续试验验证。如粗集料含量稳固时，粗集料级配、细集料级配对矿料骨架结构特征及抗剪强度的影响怎样；继续增添粗集料含量时，骨架接触度、骨架稳固度与抗剪强度照旧否正相关等。

参考文献：

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全文完宣布于《中外公路》2020年4月作者简介：陈杰，男，硕士，助理工程师.E-mail：1157537047@qq.com

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