沥青混合料低温抗裂性能评价指标的研究

再生沥青混合料的低温及中温抗裂性能分析

再生沥青混合料的低温及中温抗裂性能分析摘要：为研究废旧沥青路面材料（RAP）对热拌再生沥青混合料抗裂性能的影响，本文分别采用圆盘拉伸试验（DCT）和疲劳拉伸试验对再生沥青混合料的低温抗裂性及中温抗疲劳性能进行了试验研究。

首先，采用DCT试验对再生沥青混合料试件进行了断裂试验，并采用韧性指数（Toughness Index）对再生沥青混合料的低温抗裂性能进行评价；其次，采用拉伸试验对再生沥青混合料进行了单轴拉伸疲劳试验，并通过简化的粘弹性连续损伤模型（S-VECD），确定了不同再生沥青混合料的损伤特征曲线（DCC），和基于能量的疲劳失效标准与疲劳加载次数之间的关系（GR-Nf），对不同再生沥青混合料的抗疲劳性能进行了研究。

综合两种试验结果表明，随着RAP含量的增加，沥青混合料的低温抗裂性能及中温抗疲劳性能均有不同程度的降低，在实际应用中应加以控制。

关键词：RAP；沥青混合料；低温开裂；圆盘拉伸试验；疲劳开裂；粘弹性连续损伤模型中图分类号：U416.217 文献标准码：A1引言再生沥青路面材料（RAP）是一种非常有价值的资源，早在上世纪30年代，国外就开始在路面建设中使用RAP材料，随着原油价格的增长及环保意识的增强，RAP材料的应用越来越普遍。

在新修建的沥青路面中掺加一定量的RAP材料，不仅可以节约沥青和集料用量，其经济价值显而易见。

但随着RAP的加入，沥青混合料的力学性能发生变化，影响沥青路面使用性能[1]。

沥青路面的低温开裂已成为困扰道路研究工作者的难题，无论是在北方冰冻地区，还是在南方寒冷地区，沥青路面出现低温开裂的现象相当普遍，且低温开裂在温度骤降或是温差较大的地区更为突出。

研究表明，仅仅对沥青结合料进行测试来表征沥青混合料的低温抗裂性能是不充分的。

近年来，基于能量的试验引起了较为广泛的关注，包括半圆拉伸试验（SCB）、Fenix试验和圆盘紧凑拉伸试验（DCT）等等[2]。

DCT试验最初是在ASTM E 399标准中使用，然后由Wagoner引入到沥青混合料中，在十几年的不断改进与应用中，逐渐成为评价沥青混合料低温性能最为流行的断裂试验方法。

沥青结合料的低温性能

关于延度的部分理论
1. Saal，Pfeiffer等都认为延度反映了沥青的感温性; 2. Traxel证明，延度与沥青的感时性有关系; 3. Welborm, Kandhal, Wenger等认为不同油源的各种沥青在7℃和 15℃时的延度和剪切敏感性之间有很好的联系; 4. Barth指出，延度用于评价沥青胶体结构体系中的物理化学状态是很有价值的; 5. Halstead指出，沥青承受拉伸的能力不仅是影响耐久性的因素，且延度试验的结果反映了沥青各组成部分的内在联系，是决定沥青使用性能的重要支柱; 6. 据sigmann所述，从不同的原油得到的相同针人度的沥青，其延度值有很大差别，且可与PI值建立相关关系。
沥青结合料的劲度模量还可从Van der Poer诺漠图求出它取决于沥青的针人度指数PI、软化点及荷载作用时间，当为w 级沥青(蜡含量高时)PI要从不同温度的针入度回归求出，软化点要用当量软化点T800代替。当沥青的粘度已经测定时，沥青的劲度模量S可以简单地由下式求得:
式中： б和ε—拉伸状态下的应力和应变; ω—应变速率; λ—拉伸粘度，它与通常的剪切粘度η存在三倍法则λ=3η，也就是说沥青的劲度相当于时间为3s时的粘度。
当量脆点，其计算式为:
采用前面公式(2-1-9 }，由几个温度的针人度回归，计算沥青针人度指数PIF 假定沥青在弗拉斯脆点温度时的针人度为1.2，由式(2-1-1) 沥青针人度温度回归方捍式求取回归系数A及K 直接按式(2-2-5)相关课题所用的七种代表性沥青的弗拉斯脆点测定值及计算的当量脆点T1.2的结果当量脆点T1.2来衡量几种沥青的低温抗裂性，则与沥青路用
图中针入度P与贯人时间t具有相当好的直线关系
• 式中回归系数即直线的斜率B

高速公路沥青路面低温抗裂性能研究

高速公路沥青路面低温抗裂性能研究摘要：随着车辆大型化以及交通量的逐年增长，沥青路面病害问题愈加严重。

受大气降温影响和自身感温性强等作用，沥青路面极易发生低温开裂现象。

为此，本文在全面了解沥青路面低温开裂原因的基础上，阐述了影响沥青混合料低温抗裂性能的主要因素，并对其低温抗裂性能进行了试验检测分析，以期改善路面使用性能。

关键词:高速公路；沥青路面；低温抗裂性能引言在当今社会，公路交通扮演着越来越重要的角色，而沥青路面因其具有良好的耐磨、防滑和降噪性能，已成为公路建设的主要路面形式。

然而，由于车辆载荷、环境因素和材料老化等多种因素的影响，沥青路面在使用过程中容易出现各种损坏，如裂缝、坑槽、车辙等，尤其是路面开裂问题，这不仅影响路面的美观，更严重的是威胁到道路的安全使用，为此，如何减少及控制路面裂缝极为重要。

温度变化是导致沥青路面开裂的重要原因之一，基于此，开展高速公路沥青路面低温抗裂性能研究具有重要意义。

一、沥青路面低温开裂的原因沥青路面因其优异的性能在高等级路面中得到了广泛应用，然而，由于行车荷载和自然因素等影响，沥青路面很容易出现低温开裂现象，究其原因在于以下几点：1、温度变化。

在低温条件下，沥青材料的弹性和塑性会发生变化，导致路面产生收缩或膨胀，从而引发开裂。

此外，昼夜温差大、季节性温度变化等也会对沥青路面的性能产生影响，加剧路面的开裂。

2、沥青材料的老化。

沥青材料在长期使用过程中会逐渐老化，性能下降。

老化的沥青材料在低温条件下更容易发生收缩或变形，导致路面开裂。

此外，紫外线、氧气、水等因素也会加速沥青材料的老化过程。

3、路基不均匀沉降。

路基不均匀沉降会导致沥青路面受力不均，产生应力集中现象，从而引发路面开裂。

这种情况通常与施工过程中的质量问题有关，如填料不均匀、压实度不足等。

4、车辆荷载的影响。

车辆对路面的重复碾压和超载现象会导致路面产生疲劳裂缝。

特别是在低温条件下，沥青材料的弹性模量降低，更容易受到车辆荷载的影响。

沥青混合料低温性能及其改良

沥青混合料低温性能及其改良摘要：沥青路面使用期开裂是世界各国普遍存在的问题, 沥青路面在温度骤降或温差较大地区, 会由于温度应力的作用而产生裂缝, 低温缩裂在我国北方地区是十分普遍的, 它的产生严重危害道路的使用寿命和质量, 是沥青路面主要破坏形式之一，为此研究沥青混合料低温抗裂性能的评价方法是很有必要的。

本文简单介绍了沥青低温抗裂性的评价指标及改良措施。

关键词：破坏机理评价指标影响因素改良措施裂缝作为我国高等级沥青路面的主要病害之一，不仅会影响行车的舒适性，而且水会沿着裂缝进入沥青路面体内，引起路面结构性的破坏。

沥青混合料低温抗裂性能与沥青路面裂缝病害直接相关，为了提高路面的抗裂能力，必须提高沥青混合料的低温抗裂性能。

自20世纪60年代以来,加拿大、美国、日本等国家重点对沥青混合料低温开裂与材料低温性能指标进行了系统调查和研究,并铺筑了许多试路,提出了沥青及沥青混合料低温抗裂的不同评价指标,但是这些指标都是针对本国具体实验进行的研究尚缺乏验证,尤其是沥青及沥青混合料性能指标与路用性能的相关关系。

因此，提高沥青路面的抗裂性能仍是沥青路面的重要研究内容。

一、破坏机理沥青路面的低温开裂是路面破坏的主要形式之一。

一般认为沥青路面的低温开裂有3种形式：一是面层低温开裂，是由气温骤降造成面层温度收缩，在有约束的沥青层内产生温度应力超过沥青混凝土的抗拉强度时造成的开裂；二是温度疲劳裂缝，是由于沥青混凝土经过长时间的温度循环，使沥青混凝土的极限拉伸应变变小，应力松弛性能降低，将在温度应力小于其抗拉强度时开裂；三是反射裂缝，是指低温状态下基层产生横向开裂，在荷载和温度共同作用下，裂缝逐渐向沥青面层的横向开裂。

沥青路面裂缝会导致路面承载力下降，影响行车舒适性，并缩短路面使用寿命。

因此，提高路面抗裂性是道路领域研究的重要课题。

二、评价方法1、间接拉伸试验(劈裂试验)该试验方法是通过加载Φ101.6mm×63.5mm的沥青混凝土试件进行加载, 从而通过传感器和LVDT来获得沥青混合料的劈裂强度及垂直和水平变形。

沥青混合料低温性能评价指标

沥青混合料低温性能评价指标的研究摘要：我国沥青混合料低温抗裂性能的主要评价指标是低温弯曲试验的破坏弯拉应变和弯拉强度，但平行试验很可能出现破坏弯拉应变较接近而弯拉强度相差较大的矛盾结果。

本文基于低温弯曲试验，采用单位体积破坏能和弯曲系数来评价沥青混合料的低温性能，能避免使用单一指标破坏应变相差较大的情况，且能利用弯曲系数预测混合料抵抗低温的能力。

关键词：低温评价指标破坏能弯曲系数0引言目前，我国主要用低温弯曲试验评价沥青混合料的低温性能，在低温条件（-10℃）下对小梁施加跨中荷载直至断裂，得到荷载与跨中挠度关系曲线，以破坏弯拉应变作为评价指标，但采用单一评价指标很有可能出现平行试验中破坏弯拉应变较接近而弯拉强度相差较大的矛盾结果。

针对低温弯曲试验方法的不足，本文从能量的角度对沥青混合料进行了粘弹性分析，由低温弯曲试验得到的应力-应变曲线，回归出沥青混合料的单位体积破坏能，用破坏能和弯曲系数作为沥青混合料的低温抗裂性能评价指标。

1矿料级配本文采用ac-16型沥青混合料，沥青为壳牌70#，集料采用石灰岩，各筛孔的通过率见表1。

表1 ac-16各粒径通过筛孔百分率2基于低温弯曲试验的评价指标试件尺寸：40mm×40mm×250mm小梁，跨距200mm，单点跨中加载，试验在mts810闭环液伺服试验机上进行，加载速率为50mm/min。

由弯曲试验的荷载-跨中挠度曲线可以得到弯曲破坏荷载、破坏时的挠度，计算出试件的抗弯拉强度、梁底破坏弯拉应变以及破坏时的弯曲劲度模量，并确定小梁试件在破坏时的单位体积破坏能。

2.1单位体积破坏能不同沥青混合料具有不同的能量储存能力，称为破坏能。

沥青混合料试件达到破坏时所消耗的能量与其抗裂性能有较好的关联性，消耗的能量越大，抗裂性能就越好。

根据破坏能的定义，单位体积的破坏能可以表示为：（2-1），其中表示破坏能；εc为应力达到峰值时的应变。

因此，可根据应变能（wε）是否大于材料的破坏能（）来判断沥青混合料是否发生低温开裂。

沥青混合料低温性能

2、沥青用量影响分析
由试验结果可知，不论 AC-13沥青混合料还是AC-16沥青混合料，沥青用量对混合料降温收缩特性均有明显影响，且存在特性最好 2016/6/15 的最佳沥青用量。
3、集料种类影响分析
河北集料为石灰岩，陕西集料为角闪岩，陕西集料的表面粗糙程度和棱角性好于河北集料。试验得出，集料种类对沥青混合料的降温收缩断裂特性的影响较小，2种集料配制的沥青混合料的各项指标差异不大，陕西集料组成的混合料的性能略优于河北集料。
沥青混合料低温开裂及影响因素
鄢然
目录 CONTENT
01
低温开裂
02
试验材料和方法
03
影响因素
04
环氧沥青
沥青路பைடு நூலகம்低温开裂是寒冷地区沥青路面的主要破坏形式之一，不仅影响沥青路面的整体性与连续性，且容易诱发其他病害，导致沥青路面使用性能降低，使用寿命缩短。

目前高速公路沥青路面面层沥青混合料均采用改性沥青，其中SBS改性沥青应用较多。本研究选择2种常用的不同针入度的SBS改性沥青，即SBS和SBS粗集料分别为陕西产角闪岩碎石和河北产石灰岩碎石，细集料分别为陕西产石屑和河北产石屑，均应用于高速公路。填料为陕西产石灰岩磨细矿粉。
2016/6/15
在试件的四面不同高度处，用橡皮泥将温度传感器粘到试件上，试验过程中取4 个温度传感器的平均值为试件温度以控制降温速率。试验从初始温度2℃ 开始降温，降温速率为10℃ /h。当试件遇冷后产生收缩变形，计算机控制每收缩变形0. 0025mm 后自动加载1 次，将试件拉伸到原来长度。最后，当荷载超过材料强度时，试件即断裂。沥青混合料降温收缩断裂试验确定的断裂强度表示沥青混合料破坏时的最大应力，断裂温度反映了沥青混合料可以承受的最低温度，转折点温度反映沥青混合料在冷却温度下的应力松弛能力，温度应力曲线斜率绝对值表征沥青混合料在冷却温度状态下的流变特性。

阻燃温拌沥青混合料低温性能研究

ａｎｄｗａｒｍ — — ｍｉｘａｓｐｈａｌｔｍｉｘｔｕｒｅ
阻燃剂对沥青混合料具有阻燃特性，温拌剂具有降粘和节约能源效果，但两种材料的采用对沥青混合
料路用性能的影响是关注的重要工程问题。文献
ＷＵＱ一ｄｏｎｇ，ＬＩＰｕ— ｓｈｅｎｇ２
变速率与劲度模量比
中图分类号：Ｕ４１４；ＴＵ５７１文献标识码：Ａ
Ｓｔｕｄｙｏｎｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｌａｆｍｅｒｅｔａｒｄａｎｔ
（１．ＳｈａｎｄｏｎｇＬｕｑｉａｏＣｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ，ＳｈａｎｄｏｎｇＪｉｎａｎ
２５００２１Ｃｈｉａｎ；２．ＧａｏｍｉＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＢｕｒｅａｕ；
ｒａｔｉｏｏｆｃｒｅｅｐｒａｔｅａｎｄｓｔｉｆｆｎｅｓｓｍｏｄｕｌｕｓｉｓｔｈｅｍｏｓｔａｃｃｕ —
ｒａｔｅｏｎｒｅｌｅｆｃｔｉｎｇｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｅｆｏｒｒｍａｎｃｅ．
研究表明，跟基质沥青混合料相比，就其采用阻燃剂
和温拌剂而言，阻燃温拌沥青混合料的高温性能、低温性能和水稳性能等路用性能没有显著降低。
ＳｈａｎｄｏｎｇＷｅｉｆａｎｇ２６１５００Ｃｈｉｎａ）

橡胶沥青混合料低温抗裂性能的研究_乔彦春_孔德志

ｄｏｉ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４－６０６６．２０１４．０６．００６橡胶沥青混合料低温抗裂性能的研究乔彦春１，孔德志２（１．内蒙古通辽市科左后旗公路管理段，内蒙古０２８０００；２．武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，武汉４３００７０）摘　要：　橡胶沥青混合料在减薄路面、延长路面使用寿命、延缓反射裂缝、减轻行车噪声等方面具有独特的优势。

通过使用美国Ｘ公司研制的复合型胶粉改性沥青胶浆（Ａ），并对Ａ沥青混合料与苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物（ＳＢＳ）改性沥青混合料的低温性能进行了对比研究，结果表明其低温抗裂性能优于ＳＢＳ改性沥青混合料。

关键词：　橡胶沥青混合料；　ＳＢＳ改性沥青；　低温抗裂Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｌｏｗ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｒａｃｋ　ＲｅｓｉｓｔａｎｃｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ａｓｐｈａｌｔ－ｒｕｂｂｅｒ　ＭｉｘｔｕｒｅＱＩＡＯ　Ｙａｎ－ｃｈｕｎ１，ＫＯＮＧ　Ｄｅ－ｚｈｉ２（１．Ｂｒａｎｃｈ　Ｌｅｆｔ　ＨｏｕＱｉ　Ｈｉｇｈｗａｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｏｎｇｌｉａｏ　Ｃｉｔｙ，Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ　０２８０００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｆｏｒ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｓ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ａｓｐｈａｌｔ－ｒｕｂｂｅｒ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｈａｖｅ　ｕｎｉｑｕｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｉｎ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ｐａｖｅｍｅｎｔ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ　ｌｉｆｅｔｉｍｅ　ｏｆｐａｖｅｍｅｎｔ，ｄｅｌａｙｉｎｇ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ　ｃｒａｃｋ，ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｒａｆｆｉｃ　ｎｏｉｓｅ　ａｎｄ　ｓｏ　ｏｎ．Ｔｈｅ　ａｓｐｈａｌｔ－ｒｕｂｂｅｒ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｕｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａ　ｋｉｎｄｏｆ　ｍａｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｍａｄｅ　ｕｐ　ｏｆ　ｒｕｂｂｅｒ　ｐｏｗｄｅｒ　ａｎｄ　ａｓｐｈａｌｔ（Ａ）ｔｈａｔ　ｂｏｕｇｈｔ　ｆｒｏｍ　ＵＳ　Ｘ　ｃｏｍｐａｎｙ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒ－ａｔｕｒｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　Ａ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ａｓｐｈａｌｔ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｔｙｒｅｎｅ－ｂｕｔａｄｉｅｎｅ－ｓｔｙｒｅｎｅ（ＳＢＳ）ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ａｓｐｈａｌｔ　ｍｉｘｔｕｒｅ．Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｉｔｓ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｒａｃｋ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｓ　ｓｕｐｅｒｉｏｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ＳＢＳ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ａｓｐｈａｌｔ　ｍｉｘｔｕｒｅ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ａｓｐｈａｌｔ－ｒｕｂｂｅｒ　ｍｉｘｔｕｒｅ；　ＳＢＳ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ａｓｐｈａｌｔ；　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｒａｃｋ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ收稿日期：２０１４－０８－２０．作者简介：乔彦春（１９６８－），高级工程师．Ｅ－ｍａｉｌ：５１０２０６２８２＠ｑｑ．ｃｏｍ沥青路面的低温开裂是沥青路面的主要病害之一，在昼夜温差较大或者气温骤降等情况下，易造成沥青混合料的温度应力来不及松弛，当温度应力的值超过沥青混合料的可承受的应力值时，沥青混合料出现裂缝，进而造成了沥青路面的破坏。