沥青及胶泥流变特性与混合料性能的灰关联分析

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1、万方数据公路2009年11月第11期HIGHWAYNov．2009No．11文章编号：0451--0712(2009)11—0169—06中图分类号：U414．75文献标识码：A沥青及胶泥流变特性与混合料性能的灰关联分析樊亮，宋小金，申全军，王林(山东省交通科学研究所济南市250031)摘要：为了更好地理解沥青混合料的路用行为和病害机制，从沥青及胶泥流变特性入手，利用灰关联分析方法，探讨了沥青流变特性与沥青混合料之间的关系。结果证明，在对比的19个材料性能指标中，沥青针入度、延度、3200Pa应力重复蠕变试验的关联度最低；软化点和黏度关联度较高；相对

2、于常规指标，沥青和胶泥的流变学指标与混合料性能的关联度普遍较好，在混合料强度方面，沥青的劲度模量、屈服应力、老化样品100Pa应力重复蠕变试验和车辙因子具有高关联度，均大于98％；混合料的冻融劈裂强度比TSR更容易受封试件空隙率、胶泥界面黏结力系数、法向力等指标的影响。这些材料流变学指标在一些路面病害和结构行为中具有更好的说明意义。关键饲：沥青胶泥；法向力f屈服应力，蠕变恢复I水损害；灰关联分析沥青对沥青混合料的路用性能有密切的影响，其性质决定着沥青混合料的强度、温度敏感性、水稳定性和耐久性，最终决定着沥青混凝土路面的路用性能。总体来说，影响沥青混合

3、料性能的材料因素很多，如果从微观、宏观两个层次上讲，可以分为材料组成、界面行为、混合料结构三个方面。材料组成的影响具有化学、物理的双重影响作用，如沥青成分与集料组成的化学键和作用为化学影响，沥青与矿粉的复合又具有物理硬化的过程；界面行为和混合料结构更多是物理作用机制，如嵌挤、嵌合、机械锚固等作用[1]。多个层次的协同，赋予了混合料的黏弹性、强度等具体特征。但在试验评价的过程中，目前仍多依赖材料的经验性指标，如沥青针入度、软化点、延度等，由于试验条件并不能接近于路用材料实际工作状态，故与沥青混凝土路面行为机制相关性并不优越嘲。而流变学指标则体现出一定优

4、势，通过模拟材料的受力、剪切过程，可更大程度上接近沥青混凝土路面的使用条件，无论是在材料性能对比、评价和病害产生机理上更具说明意义；并且，现代流变仪器表征能力愈来愈强，我们可以对沥青、胶泥、界面等方面进行不同的试验设计，探讨不同层次的材料指标对沥青混合料的影响。资助项目z山东省交通科科技计划项目，项目编号2008Y107收稿日期：2009一02—27鉴于此，本文利用试验获取的沥青常规性能、材料流变性能(法向力、屈服应力，重复蠕变、车辙因子、低温弯曲蠕变)、界面行为(胶泥界面黏结力系数、沥青与集料黏附性)、混合料体积指标(空隙率)等数据，以沥青混合料的

5、劈裂强度和冻融劈裂强度比为参考目标，进行了灰色关联分析，研究不同层次材料指标对沥青混合料的性能影响程度。1试验与评价方法1．1试验介绍沥青选用3种道路石油沥青(ZH50、ZH70，ZH90)，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ052--2000)进行常规指标检测[3]。沥青混合料选用AC_20类型，其中集料和矿粉为石灰岩质，3种沥青均采用4．2％沥青含量；按照标准规范进行沥青黏附性试验和混合料冻融劈裂试验。在胶泥试验中，选用与AD20混合料的相同粉胶比(，口=1．1)进行胶泥配置。利用AR2000EX动态剪切流变仪测取了沥青和胶泥一些流

6、变学指标；除了低温弯曲蠕变试验[1]，～些流变试验(如屈服应力、法向力、重复蠕变、界面黏结力系数)在沥青材料研究上应用较少，本文将其简单介绍如下，具体可参考相关文献。万方数据公路2009年第11期(1)表观屈服应力。屈服应力为材料不呈现流体行为时候所受到的最大应力，即引起材料流动的最小剪切应力C4]。这意味着当一种材料受到的力小于屈服应力时候，材料不会发生持久地塑性形变，或只是发生缓慢的蠕变行为。该应力依赖于试验时间、剪切频率等因素，可以模拟相同的剪切条件，对不同的材料进行结构稳定性的横向对比。本文采用震荡应力扫描方式，在50℃、10rad／s条件下

7、获取了3种基质沥青的屈服应力。图1为3种基质沥青的表观屈服应力的测试曲线，其中屈服应力以G。／sins子和ta耐失去线性时的最大应力。(2)沥青及胶泥的法向应力。当材料受到剪切时，由于弹性作用在垂直剪切方向上产生应力，即法向应力，它是聚合物材料常见的特性[5]。法向力现在也被应用在沥青混凝土路面性能或破坏的解释上，特别是一些关于沥青在路面结构的迁移行为，与沥青材料或胶泥材料的法向力有关[6]。试验在50℃、10rad／s的条件下，获得3种基质沥青及胶泥的法向力。矗生＼m腋揖料图1表观屈服应力的获取(3)多应力重复蠕变试验。按照AASHTOTP71多应

8、力蠕变恢复试验(MSCR)试验方法[7]，进行老化前后沥青的多应力重复蠕变试验。施加100Pa和3200Pa