浇注式沥青混凝土低温抗裂性能研究.pdf

王东升等： 浇注式沥青混凝土低温抗裂性能研究 9 浇 注式沥青混凝土低温抗裂性能研 究 王东升 ， 易军艳 ， 张国辉， 王哲人 l 哈尔滨工业大 学交通科学与工程学院 。 且 尔滨1 5 0 0 9 0 ) 【 摘要】 浇注式沥青混凝土作为特殊铺装材料， 在高速公路应用十分广泛。针对其在寒冷地区的应用 ， 以 其低温抗裂性能研究为重点展开系统的试验研究。采用不同温度下劈裂试验， 评价沥青混合料的低温强度， 试验 结果表明浇注式沥青混凝土具有更低温度的脆点。通过劈裂蠕变试验， 分析混合料蠕变柔量、 蠕变速率与温度的 关系， 进而对比弯曲蠕变试验与劈裂蠕变试验方法与指标， 明确了混合料与沥青胶浆低温力学性能的关系， 最终 提出了浇注式沥青混凝土低温抗裂性评价方法与指标。 【 关键词】 浇注式沥青混凝土； 低温； r E 裂性能； 劈裂蠕变 【 中图分类号】 3 1 1 5 2 8 4 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 4 一 O O O 9 0 3 oN AN， I 1 AC 砌 跚 瑚 AN oF GUs s P HAL T AT LoW 佃 崃 A I I 瓜E WA NG D o n g - s h e n g ， Y I J u n y a h， Z H A NG Gu o - h u i ， WAN G Z h e r e n ( S c h o o l o f T r a n s p o r t a t i o n Sci e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ，H a r b i n 1 5 0 0 9 0 ，C h i n a ) A b s t r a c t ： T h e g u s s a s p h a l t ，a s a s p e c i a l p a v i n g ma t e r i a l ，h as b e e n u s e d w i d e l y i n e x p r e s s w a y C o n s i d e r i ng t h e a p p h e a t i o n i n c o l d reg i o n ，the anti c r a c k i n g p e rf o r ma n c e h a d b e e n s y s t e mi c a l l y e x per i me n t e d a n d a n a l y z e dT h e s p l i t t i ng s t r e n g t h s i n d i ff e r e n t t e mperat u r e w e re t e s t e d t o e v alu a t e the s n g t h o f asp h alt mi x t u l x i n l o w t e mpe r a tur eTh e t e s t r e s u l t s s h o w tha t the g u s s a s p h a l t h a s l o we r b rit tl e t e mpe rat u r eTh e r e l a t i o n s h i p s a m o ng c r e e p c o m p l i anc e ， c r e e p m te and t e m per a t u r e h a d al s o b e e n a I 1 a 删t h r o u g h th e s p l i t t i n g c r e e p e x p e r i me n t Th e n th e d i ff e r e n c e bet w e e n me tho d s a n d i n d e x e s o f fl e x i b l e a n d s p l i t t i n g c r e e p e x peri me n t we re c o n t r a s t ed ，the rel a ti o n s h i p s betwe e n mi x t u res and mo r t a r s p e r f o r ma n c e a t l o w t e mperat u r e h a d a l s o b e e n d i s c u s s e dF i n a l l y ，the e v alu a ti o n me tho d s a n d i n d e x e s f o r a n ti c r a c k i n g pe rf o r ma n c e o f g u s s asp h alt w e re p I D p 0 s e d Ke y wo r d s： g u s s asp h a l t c o n c ret e；l o w t e mpe rat u re ；an ti c r a c k i ng pe rfo r ma n c e ；s p l i t t i ng c r e e p O引言 浇注式沥青混凝土是沥青混凝土按照施工工艺 作为分类标准确定 的一种沥青混凝 土( G u s s A s p h a l t C o n c re t e ) 。其特点是在施工温度条件下， 沥青混合料 呈流淌状态， 一般不需要用压路机 ， 只需要用简单的 摊铺整平机具即可完成施工 ， 并能达到规定的密实度 和平整度要求H J 。由于基本上无空隙， 不透水 ， 耐侵 蚀性好， 耐冻融循环能力强， 因此是最为耐久的一种 沥青混合物 ； 耐磨性优良； 变形能力强， 低温时不易产 生裂纹； 施工时无需碾压， 可以在低温环境下进行施 工。因此在高速公路路面、 大跨径桥梁桥面铺装、 隧道 内铺装、 水工坝体心墙等领域应用十分广泛。在德国、 日本、 俄罗斯、 韩国、 英国等国也已经制定相应规范 ， 并 开发出适应于本国的成套技术。 3 结语 ( 1 ) 通过试验确定了 M P B的主要材料金属氧化 物为重烧镁， 这种加工 的材料容易买到， 可用于大量 修补工程要求。 ( 2 ) 试验确定了 M P B的最佳配合比例为 P： M： B为 1 ： 2 ： 0 3 ， 满足 自密实的最佳 的 ( P+B) 为 0 1 2 ； 配合比的确定为以后的磷酸盐快速修补料的研 究提供了便利。 ( 3 ) 通 过 试验 可以看 出 M P B净 浆 3 h抗 压强 度 达 4 0 M P a 以上 ， 1 d可达 到 5 0 M P a以上 ， 完 全 可 以用 于 混凝土的快速修补工程。 收稿日期】 2 0 1 0 0 1 2 6 作者简介 镡春来( 1 9 7 5 一 ) ， 男， 黑龙江海伦人 ， 工程师， 从事 建材检测工作。 1 O 低温建筑技术 2 0 1 0年第 4期 ( 总第 1 4 2 期 ) 众所周 知 ， 沥青混合料 的物 理力学特 性 同气候 环 境等因素密 切相关 。因此 ， 虽然 这一材料 在欧洲 等地 区得到了成 熟的应用 ， 但是必 须注意其气 候条件 与我 国的 巨大差 异。 俄罗斯在上世纪 7 0年代引进这种材料时研究认 为， 在冬季温度极低时， 必须充分重视浇注式沥青混 凝土路面产生开裂的可能。即由于沥青用量较大( 直 接导致沥青混凝土具有较高的膨胀系数) 、 粘度高， 以 及沥青 与矿粉 的结构强度高， 使 得裂缝 更容易 产 生 ， 因此开展了一系列研究 ， 直至 2 0 0 2年 ， 最新 规范 体系中依然关注这一问题， 并有了新的进展 j 。 这样 ， 在我 国北 方地 区应用 浇 注式 沥青 混凝 土 ， 尤其对于大跨径桥梁桥面铺装组成， 必须充分重视其 低温抗裂性 及相应 的控制措施 。 1 浇注式沥青混凝土低温劈裂试验研究 采用等应变加载控制模式， 加载速率为l m m m i n ， 分别测试 一5 、 一l 0 、 一1 5 、 一2 0 c 【 = 和 一2 5 c I = 温度下的劈 裂强度、 极限应变与劲度值 ， 结果见表 1 。 试验结果表明， 浇注式沥青混凝土劈裂破坏强度 与温度的关 系 一 曲线 ( 图 1 ) 呈抛物线型 ， 顶 点温 度即为混合 料的脆点 。 在高于脆点 的温度 区， 破坏 强度 随温度 的降低 逐 渐增加， 低于脆化点温度后 ， 强度的变化甚小。将试验 结果按 =A +B T+c进行 回归 ， 相关 系数 达 到 0 9 8 。这样， 就可得到其脆点 为 一 2 3 2 。而普通 沥青混合料 得脆 点约 为 0 一I O C， 可 见浇注 式沥 青 混合料的低 温韧性 良好。 6O 40 苫 、 2 O 0 O 一 5 1 0 1 5 2 O 一 2 5 图 1 低温劈裂强度 图 2 低温劈裂极限应变 进一步从破坏应变与温度的关系( 图 2 ) 看， 混合 料的破坏应变随温度的降低逐渐增大， 这与普通沥青 混合料的试验结果恰恰相反。而混合料的破坏劲度 增长速率低于破坏强度的增长速率， 这正说明在温度 很低 的脆点之前 ， 浇注式沥青混凝 土依然保 持较好 的 韧性。而且 ， 用脆化或 破坏强度来评 价浇注式 沥青混 合料的低温性能， 较之破坏应变和劲度更为敏感。 2 浇注式沥青混凝土低温劈裂蠕变试验研究 采用低温劈裂蠕变试验评价沥青混合料低温抗 裂性 ， 可以充分反映混合料的应力松弛特性， 与路面 的实际开裂情况更为一致。因此根据劈裂试验所测 定极限强度 ， 按应力水平 0 3 进行试验 ， 并保证 每次试 验有 1 小时以上的数据， 变形曲线的稳定期不少于 2 0 3 0 ra i n ， 测得不同温度下 ， 1 8 0 0 s 时混合料 的蠕变柔 量 ， 见图 3 。 8 0 6 0 皇 6 4 0 2 0 O 0 图 3 劈裂蠕变柔置 可见， 1 8 0 0 s 时的蠕变柔量随温度的降低而减小 ， 且减小趋势逐渐平缓。同理 ， 其弯曲蠕变速率随温度 的降低而逐渐减小 ， 而且温度越低 ， 蠕变速率减小速 率越快， 说 明混合料的柔性丧失随温度降低而加快 ， 低温抗裂性能逐渐变差。 3 浇 注式沥青混凝土低 温弯曲蠕变试验研究 低温劈裂蠕变试验， 虽然是国际应用较为普遍的 沥青混合料低温性能评价方法， 但限于我国劈裂试验 水平变形 的量测水平 ， 未能成为标准试验方法 。因此 ， 进一 步采用弯 曲蠕变 试验 ， 分析浇注式沥 青混 凝土 的 低温抗裂性， 从而提出便于推广应用的评价方法。 1 y 图 4 弯曲蠕变柔量 同样 ， 选择应力水平为 0 1 进行弯 曲蠕 变试验 ， 每 次试 验保证 有 1 小 时 以上 的数据 ， 变形 曲线 的稳定 期 不少 于 2 0 3 0 m i n ， 所测 得 的不 同温度 1 8 0 0 s 下蠕 变柔 量见 图 4 。 可见 ， 蠕 变柔量 、 蠕变速率 ， 随温度 的变化规律 ， 与 王东升等： 浇注式沥青混凝土低温抗裂性能研究 劈裂蠕变试验结果基本一致 ， 仅数值偏小， 这显然与 加载方式以及加载应力的大小有直接关系。因此有 必要进一步探讨更为适宜的评价指标。 4 浇注式 沥青混凝土低温性能评价指标 在低温条件下 ， 沥青混合料的蠕变柔量越大， 则 其变形适应性越强， 当温度下降时， 混合料产生相同 收缩应变而引起的内部应力也越小， 因而其低温抗裂 性也就越好。而蠕变速率的大小， 是表征在试验温度 条件和设定的荷载水平情况下的流变参数 ， 它反映的 是当应力一定时， 应变随时间而增长的速率； 单位时 间内应变增长快 的， 表示材料的低温柔性越好 ， 则不 容易开裂。另外， 用蠕变速率可以从应力松弛方 面反 映沥青混合料的低温变形能力 ， 该值越大 ， 且单位时 间内沥青混合料的变形能力越大， 则沥青混合料 的低 温松弛性能越好。因此， 理想的沥青混合料， 是在低温 时有较大 的蠕变柔量 ， 同时有较大的蠕变速率 。 可见， 蠕变试验的两个指标比劈裂试验和弯曲试 验都更 能表达混合料 随温度 降低 时劲度 的变化 情况 ， 更符合材料的实际变化规律， 是评价浇注式沥青混凝 土低温性能 的的适 宜指标 。 再进一步， 将弯曲蠕变试验和劈裂蠕变试验的结 果， 与粉胶比为 3 0的沥青胶浆所进行的 B B R试验结 果对 比， 如表 1 所示 。 将混合料的蠕变劲度模量与沥青胶浆的劲度模 量， 进行双对数坐标下的线性 回归， 弯曲试验时相关 系数为 0 9 8 9 5 ， 而劈裂蠕变时为 0 9 9 9 3 ， 这充分说明浇 注式沥青胶浆、 沥青混合料、 路 面使用性能之间的有 机联系。 而弯曲蠕变劲度模量和劈裂蠕变劲度模量的双 对数线性回归， 其相关系数达 0 9 8 7 8 ， 说明用弯曲蠕变 试验或劈裂蠕变试验都能较好地评价浇注式沥青混 合料的低温抗裂性。 表 1 浇注式沥青混凝土混合料蠕变试验与沥青胶浆 B B R试验对比结果 5结语 通过较为系统的试验研究， 对浇注式沥青混凝土 低 温性能 的演变规律有 了较为明晰的认识 。 ( 1 ) 采用不同温度下的劈裂试验， 确定浇注式沥 青混凝土的脆点 ， 可充分反映其低温抗裂特性 ， 并能 与普通沥青混合料有效区分。 ( 2 ) 试验结果表 明， 浇注式沥青混凝 土的低温抗 裂性能， 与沥青胶浆低温蠕变特性存在密切关系。 ( 3 ) 弯曲蠕变试验和劈裂蠕变试验都可用来作 为低温性能评 价方法。 参考文献 1 邓学钧 中国江阴长江大桥桥面沥青铺装层高温稳定性 J 交 通运输工程学报。 2 0 0 2 ， ( 2 ) ： 1 7 2 J I B F e a e H u a e ，H B F o f m r m e a ，A M B o r y e mc m r t ， H B Ko t t m e BY I o g p e ，J I B F e a e m a 删r 0 D H J Tp a n c n o g r ， 1 9 8 5： 2 5 22 6 7 3 H M F p y m - o ， H B K o l x n e a ， H M B ，r M Mm 脚硒 口 灼l c c Ip f I 啪Ie M a a -e p r m l a c 巾 a J l J T t c n o p r ， 1 9 8 3： 2 9 l一2 9 3 4 B H 3 o s r o p o J I t , r , e a o 中 印姗 X I-t O J I O W d t 6 y r y e r o J A 田 T o M Ib l b 蛇 皿 p p 0 r H， 2 O O 2 ， ( 1 ) ： 4 4 4 5 【 5 AA 帕 a J 1 lb 1 D a o 日 b T Bl诅 n o K p b r mn J o p o r HM O C I O B J A 胂 一 M 0 6 且 p p 0 n I ， 2 0 0 3 ， ( 4 ) ： 6 0 6 1 收稿 日期 】 2 0 O 9 1 20 4 作者简介 王东升 ( 1 9 8 1 一) ， 男 ， 黑龙江绥化人 ， 博士研究生 从事路面力学、 结构与材料研究 。 低温建筑技术 承揽广告业务 低温建筑技术 竭诚为广告客户的市场营销和扩大市场份额提供优质服务 ， 为提升企业 的形象和知名 度服务， 为宣传最新的科技信息和成果、 最优秀的产品、 最先进的企事业单位搭建平台。