冻融循环对沥青混合料性能的影响研究

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1、冻融循环对沥青混合料性能的影响研宄董立文1张兴军2王永吉2（1.甘肃省交通工程质量安全监督管理周）（2.甘粛省交通规划勘察设计院有限责任公司，甘粛，兰州，730700）【摘要】通过研究沥青混合料在不同冻融循环作用后性能的变化，分析其动弹性模量、剪切强度和空隙率变化率的影响规律。实验结果表明：冻融循环作用后的动弹性模量呈下降趋势，经形成期、发展期和破坏期三个阶段，且以形成期的动弹性模量降幅最大；试件上下两部分的剪切强度随着冻融次数的增加呈不同的下降幅度；随冻融次数的增加，空隙率的变化率呈台阶式增大。当冻融循环达到18次后，试件上下两部分的剪切强度和动弹性模量基木保持不变。【关键词

2、】沥青混合料；冻融循环；动弹性模量；剪切强度1.引言沥青混合料的水损害是沥青路面发生病害的主要形式之一，降低了沥青混凝土的强度，并引起了路面其它方面的破坏。沥青混合料在冻融循环的作用下，内部空隙中的水分在冻结后其体积膨胀而产牛.较大的膨胀力，造成结构破坏［1］。我国在水损害方面的研宄起步较晚，大量的实验方法主要是通过借鉴国外比较成熟的体系，主要有集料与沥青粘附性、残留马歇尔稳定度和冻融劈裂强度比等指标。孙立军提出了以混合料的老化实验来评价各个阶段的水稳定性能［2］,国外的研宄人员对于沥青混合料的水敏感性能评价做了较为详细的研宄。混合料在冻融循环下的实际破坏情况非常复杂，不仅仅与

3、混合料的空隙率相关，还与空隙的大小、形状和分布有关，所以研宄混合料的水稳定性能对季节性冻土地区的沥青混合料设计具有较好的现实意义。木文结合甘肃省的实际气候特点，开展在冻融循环作用下沥青混合料的动弹性模量的实验，研宄了冻融循环对混合料的变化规律，得到其对耐久性的影响，为完善季冻地IX沥青路面的设计提供参考依据。2.试验材料与方法2.1实验材料试验采用的集料取自兰州段高养中心，机制砂和碎石为石灰岩，填料为石灰岩矿粉，其余各项指标均满足规范要求。沥青为韩国SK90#A级沥青，技术指标如表1所示。试验采用常用的上面层AC-13型沥青混合料，矿料级配组成采用《公路沥青路面设计规范》GTG

4、D50-2006）中推荐的中值，考虑到甘肃地区的实际特点和气候条件与交通状况，确定的最佳汕石比为5.20%,采用旋转压实成型为Φ150mm×170mm的试件，经过切割后的尺、J•为Φ100mm×150mm,空隙率控制在7.0±1.0%,最人理论密度为2.554g/cm3。2.2试验方法沥青混合料的冻融循环试验方法主要是参照AASHTOT283,依据甘肃省的气候条件，并结合实验周期选定为：真空饱水15min,然后在水中静置15min,使得试件中水饱和度在60〜80%之间，试件用塑料薄膜密封，同吋加入少量水，置入-18&plus

5、mn;2°C的冰箱18h,最后放入6CTC的水中浸泡6h，即为一次循环［3】，在UTM压力试验机上测定特定循环次数下的动弹性模量。UTM压力试验机中采用动载来分别测定0.1HZ、0.5HZ、1.0HZ、5.0HZ、10.0HZ和25.0HZ下的动弹性模量，计算机自动采集数据，环境箱控制试验温度为25°C,加载力为半正弦波。1.试验结果与分析沥青混合料在经冻融循环作用后，通过动态压力试验机来测定不同冻融次数下的动弹性模量，分析其变化规律，冋吋测定不冋冻融循环作用下试件的剪切强度、空隙率的变化率的变化规律。3.1动弹性模量变化动弹性模量是在动荷载下的弹性模量，为物体应力与应变的比值

6、。沥青混合料在不同频率下的动弹性模量随着冻融次数的增加呈现出不冋程度的下降趋势。最初几次的冻融循环后混合料的动弹性模量下降较为明显，各个频率下的动弹性模量降幅较大;在9〜14次冻融循环的过程中，混合料的动弹性模量趋于平缓［4］，基本上没有较大的变化；冻融次数在15〜18次吋，25HZ、10HZ和5HZ下的动弹性模量急剧减小，在曲线上有一个较为明显的下降拐点；冻融循环在19次之后，混合料的动弹性模量呈平稳状态，降幅很小。在随后的冻融过程中，大部分的水分将主要通过这些连通的空隙排除到混合料外面，使得水分膨胀所引起的动弹性模量损失极人减小，这也是后来各受力频率下的动弹性模量变化较小的

7、主要原因。3.2剪切强度变化将一定冻融循环次数下的试件沿中间位置切开，分别测定其上下两个部分的剪切强度，记录最大力值并按一定的公式计算得到其剪切强度。3.3空隙率变化率空隙率能够反映试件内部结构的变化，将一定冻融循环次数下的试件测其体积指标并计算空隙率的变化率，并和动弹性模量的变化相对比。动弹性模量的变化与空隙率的变化率在一定程度上存在某种对应的关系，随着动弹性模量的降低，空隙率的变化率在逐渐增人。形成期中空隙率变化率缓慢增加，从0.2%增加到8.77%，试件奋轻微的膨胀；发展期中动弹性模量