改性沥青混合料低温性能研究方法综述

改性沥青混合料低温性能研究方法综述

赵成辉

重庆交通大学 重庆 400074

摘要：综述了目前常用的改性沥青混合料低温性能测试方法，并在这些方法中做出对比，对能够综合准确的反映沥青混合料低温性能的实验方法做出推荐。劈裂试验、弯曲蠕变试验、线收缩系数试验不建议作为单独指标进行评价沥青混合料低温性能；弯曲试验可以用来评定沥青混合料的低温断裂性能，但不建议作为整体上全程低温评定指标；推荐使用约束试件温度应力试验、玻璃态转变温度试验、压缩应变能密度法作为沥青混合料的低温性能的综合评价方法。

关键词:改性沥青混合料；低温性能；弯曲试验；冻断试验；道路工程

0引言

在北方日温差较大和长期低温的地区较为频发。在开裂的初期，一般没有太大的危害，但是沥青路面的许多病害都是由于路面早期裂缝导致的，开裂之后，地表水，空气，甚至一些杂物进入路面结构深层，加速了沥青路面的老化速度，导致基层和路基收到侵蚀软化，为冻融制造了条件，逐渐降低路面承载能力，最终导致道路承载能力大幅下降，出现病害。

1沥青混凝土路面开裂机理

沥青路面本身是柔性路面，所以不会设置伸缩缝，因此在外部环境的温度降低时，沥青面层发生收缩变形，并且受到基层对面层的剪应力和连续路面对收缩变形的约束作用，这就使沥青面层的内部产生了拉应力。同时，沥青混合料具有应力松弛性能，沥青混合料内部产生的拉应力会随着时间慢慢的松弛而减小，内部产生的拉应力不超过沥青面层的极限抗拉强度，路面不会产生裂缝。若温度骤然降低，导致应力松弛能力下降，积累应力的同时来不及松弛，则路面很有可能出现裂缝。随后，外部因素加上路面受温度的影响有一定空间收缩，路面裂缝就会加宽，进而出现更多裂缝和衍生道路病害。所以，为了更好的避免路面开裂，对沥青混合料的低温抗裂性能进行评价是非常必要的。

2沥青混合料低温性能测试方法及评价

2.1劈裂试验

根据《JTG E20-2011 公路工程沥青及沥青混合料试验规程》，劈裂试验适用于测定沥青混合料才条件温度和速率下的劈裂破坏或者在弹性阶段的力学性质，可以供沥青路面结构设计时选择力学参数及评价沥青混合料低温抗裂性能时使用。

按照上述规程进行的劈裂试验，按照以下公式进行破坏劲度模量的计算：

    从上述的计算公式可以看出，其值大小实际反映的是应力与应变的比值，是反映材料刚度大小的指标.而沥青混合料在抵御开裂时，应力水平和应变水平是同时反应抗开裂性能的指标，用其比值衡量抗开裂性能显然是不恰当的，目前这种方法已不常采用。

2.2小梁弯曲试验

弯曲试验是《JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范》中建议采用的综合评价沥青混合料的低温抗裂性能的方法。该实验通过测定破坏强度，破坏应变，破坏劲度模量，根据应力应变曲线的形状来评价低温抗裂性能。我国采用50mm/min便于与马歇尔试验、劈裂试验的速率进行统一。

上述式中：——试件破坏时的抗弯拉强度（MPa）；

          ——试件破坏时的最大弯拉应变（）；

          ——试件破坏时的弯曲劲度模量（MPa）

弯曲试验在沥青混合料配合比设计中已经是规范规定的必不可少的一环，但是，尽管如此，相比高温稳定性在规范中要求必须进行车辙试验，弯曲试验仅仅是建议使用。弯曲试验的结果只能反应沥青混合料在破坏时的应变状态，并不能作为全过程评定沥青混合料低温性能的方法，故此试验不可以作为单一指标来评价低温性能，应当与其他实验方法和评价指标综合评定。邹博对沥青路面不同面层位置分别进行了小梁弯曲试验[7]，并对，，，以及对试验测得的应力－应变曲线通过积分求得弯曲应变能密度进行了对比，结果表示，两个指标在不同面层会对温度的敏感性表现出很大差异，且与有相悖的结论，故不适用。对比与，两者都是综合性指标，但应变能密度是从能量角度来描述沥青混合料的低温性能，所以优选。

2.3弯曲蠕变试验

    沥青混合料低温弯曲蠕变试验的目的是测定规定试件在集中荷载的作用下不断增长的蠕变变形。在我国“八五”科技攻关“道路沥青与沥青混合料的路用性能”专题研究中，提出了“0℃ 弯曲蠕变试验”以及以沥青混合料的“蠕变速率”作为沥青混合料的低温抗裂性能评价指标。张树文等针对此试验进行了深入研究[8]，与规程规定的低温弯曲试验进行了对比，进一步分析了改性沥青混合料的低温性能，结合Burgers模型及粘弹性参数等相关方法综合对低温性能进行描述，结果显示，跟低温弯曲试验相比，弯曲蠕变试验能更多表示材料的力学形状，基于这些试验模型参数可以建立许多指标来综合反应低温性能，但是不同的指标对于低温性能的评价准确度有差异。

3沥青混合料低温性能测试方法对比

低温劈裂试验得到的劈裂强度并不能很好的评价沥青混合料的低温性能，破坏应变和破坏劲度模量要综合考虑才能评价沥青混合料的低温性能。弯曲试验的结果只能反应沥青混合料在破坏时的应变状态，并不能作为全过程评定沥青混合料低温性能的方法，故此试验不可以作为单一指标来评价低温性能，应当与其他实验方法和评价指标综合评定。弯曲蠕变试验得出的评测指标各自虽能反映沥青混合料的低温性能，但是相互之间略有差异。线收缩系数试验得到的只是无约束条件下混合料试件自由伸缩，应变随温度梯度变化的情况，当受到约束时其抵御形变应力的能力没有得到反映。

4 结论

（1）劈裂试验，线收缩系数试验，弯曲蠕变试验不建议直接用来评价沥青混合料低温性能。

（2）小梁弯曲试验可以用来评定沥青混合料的低温断裂性能，但不建议作为整体上全程低温评定指标。

（3）约束试件温度应力试验建议用来综合评定沥青混合料的低温性能，且可以作为标准来与其他方法进行关联度分析，来在一定程度上判定其他实验方法的可行性，如玻璃态转变温度，压缩应变能密度等。

参考文献：

[1] “七五”国家重点科技项目(公关).国家重交通道路沥青混合料的低温抗裂性能.1990.

[2] “八五”国家重点科技项目(公关).沥青低温性能评价方法的研究.1995.

[3]张肖宁，韩传岱，朱希岭.沥青混合料低温抗裂性能评价方法的研究[J].中国公路学报，1993(01):3-9.

[4]  郝培文，张登良，胡西宁.沥青混合料低温抗裂性能评价指标[J].西安公路交通大学学报，2000(03):1-5.

[5]  中华人民共和国行业标准. 公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20-2011）[S].北京：人民交通出版社，2011.