關(guān)鍵詞：道路工程 | 嚴(yán)寒地區(qū) | 應(yīng)力吸收層 | 高黏高彈改性瀝青 | 路用性能

河北省張家口市北部壩上地區(qū)由于受到內(nèi)蒙古高壓控制，冬季寒冷，冰凍期長。受氣候條件和交通荷載影響，當(dāng)?shù)貫r青路面存在嚴(yán)重的反射裂縫問題。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)毓坊鶎哟罅坎捎梅€(wěn)定類半剛性材料，這種材料雖然有著很高的強度和較低的成本，但由于其本身的溫縮和干縮裂縫會隨著車輛荷載作用而反射到瀝青層[1，2]，因而產(chǎn)生了大量的反射裂縫。在當(dāng)?shù)氐呐f路加鋪改建過程中，許多舊瀝青路面加鋪瀝青面層后，短時間內(nèi)又出現(xiàn)了大量的反射裂縫，它會影響新鋪設(shè)的瀝青路面的質(zhì)量，并降低路面完整性和使用壽命。鑒于如何延緩反射裂縫的產(chǎn)生與擴展，國內(nèi)外已采取了許多措施，并開展了大量研究和工程實踐[3－7]。近年來，在歐洲、美國及我國的經(jīng)驗表明，應(yīng)力吸收層可有效防治反射裂縫。本文主要研究了3種應(yīng)力吸收層瀝青結(jié)合料的性能及其混合料的路用性能，為解決河北省張家口市北部壩上地區(qū)瀝青路面反射裂縫嚴(yán)重的問題提供技術(shù)支撐。

瀝青原材料

應(yīng)力吸收層瀝青混合料是由大量的細骨料、礦物填料和特殊高含量、高彈性聚合物改性瀝青結(jié)合料組成，瀝青在應(yīng)力吸收層瀝青混合料中所占比重大，其性能直接決定了應(yīng)力吸收層瀝青混合料路用性能的優(yōu)劣，也是能否實現(xiàn)混合料路用性能優(yōu)良的保障。本研究通過對不同生產(chǎn)商生產(chǎn)的高黏高彈Ⅰ型改性瀝青(以下稱A瀝青)、高黏高彈Ⅱ型改性瀝青(以下稱B瀝青)和I－DSBS改性瀝青(以下稱C瀝青)的技術(shù)性能進行研究，來評價3種瀝青結(jié)合料。

應(yīng)力吸收層瀝青結(jié)合料的常規(guī)試驗評價

3種改性瀝青常規(guī)技術(shù)指標(biāo)，試驗結(jié)果見表1。

從3種瀝青的常規(guī)指標(biāo)值來看，3種瀝青的軟化點和135℃的布氏黏度相差不多，然而，就針入度、延度、60℃的動力黏度及RTFOT老化后的延度等技術(shù)指標(biāo)而言，通過添加各種改性劑制成的A、B兩種高黏高彈改性瀝青，與普通改性瀝青C相比，均有大幅提高。

按PG分級評價應(yīng)力吸收層瀝青結(jié)合料

美國SHRP瀝青結(jié)合料規(guī)范主要是根據(jù)瀝青老化前后的性能變化對瀝青結(jié)合料進行分級，本研究基于SHRP的分級試驗，研究了3種應(yīng)力吸收層瀝青結(jié)合料的性能。

(1)高溫PG分級

a.原樣瀝青結(jié)合料的高溫流變性能研究。

采用動態(tài)剪切流變試驗對3種瀝青原樣樣品進行檢測，試驗結(jié)果如圖1所示。

b.RTFOT殘留物瀝青結(jié)合料高溫流變性能研究。

對上述3種瀝青原樣樣品進行旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱試驗(RTFOT)，以模擬拌合、運輸及施工過程中瀝青材料實際發(fā)生的短期老化。然后進行老化瀝青樣品的動態(tài)剪切流變試驗，試驗結(jié)果見圖2。

瀝青結(jié)合料的抗車轍因子(G*/sinδ)用來表征瀝青的抗車轍變形能力，其值越大，說明其流動變形能力越小，其瀝青混合料的抗yong久變形能力越強。從圖1和圖2可以清楚地看出3種瀝青結(jié)合料之間的差別，A、B瀝青原樣的抗車轍因子要顯著高于C瀝青原樣，但經(jīng)旋轉(zhuǎn)薄膜老化后，這種優(yōu)勢明顯減弱。B瀝青無論是原樣瀝青還是經(jīng)過旋轉(zhuǎn)薄膜老化后的瀝青，都具有良好的高溫性能(82℃)，A瀝青原樣表現(xiàn)出了良好的高溫性能，但經(jīng)過短期老化后，其高溫性能與C瀝青相接近。

(2)低溫PG分級

瀝青路面在寒冷的氣候狀況下容易產(chǎn)生裂縫，防裂是應(yīng)力吸收層的基本功能。瀝青結(jié)合料的低溫變形能力是瀝青混合料低溫抗裂性能的主要影響因素。為了確定3種瀝青結(jié)合料的低溫性能，對3種瀝青進行了RTFOT短期老化和PAV長期老化，然后對老化殘留瀝青樣品進行了彎曲梁試驗。試驗結(jié)果表明:A瀝青的低溫PG分級為PG34，B、C瀝青的低溫PG分級為PG22。A瀝青的低溫性能明顯優(yōu)于B和C，考慮到應(yīng)力吸收層的結(jié)構(gòu)功能特點，對于壩上氣候嚴(yán)寒地區(qū)，建議使用具有更好低溫性能的A瀝青，進行應(yīng)力吸收層技術(shù)的推廣應(yīng)用。

不同應(yīng)力吸收層瀝青混合料路用性能研究

本研究的礦料級配設(shè)計采用美國科氏薦的礦料級配范圍，礦料合成級配如表2所示。采用8.2%的油石比成型混合料，然后研究其路用性能。

高溫穩(wěn)定性

應(yīng)力吸收層屬于砂粒式瀝青混合料，集料偏細，礦粉和瀝青用量偏多，它的強度主要是依靠集料跟瀝青與礦粉組成的膠漿之間的黏結(jié)力。在本文中，車轍試驗被用來評價3種應(yīng)力吸收層瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，其試驗結(jié)果見圖3。

根據(jù)圖3的試驗數(shù)據(jù)，由于礦料級配偏細和高瀝青含量，3種應(yīng)力吸收層瀝青混合料的動穩(wěn)定度都比較低，國內(nèi)技術(shù)規(guī)范對應(yīng)力吸收層瀝青混合料的高溫性能也沒相關(guān)技術(shù)要求，考慮到應(yīng)力吸收層主要是用來yi制受氣候條件影響產(chǎn)生的低溫開裂和反復(fù)行車荷載造成的疲勞破壞而非高溫車轍破壞，對其高溫穩(wěn)定性的要求并不是很嚴(yán)格。此外，應(yīng)力吸收層主要用作結(jié)構(gòu)層，攤鋪在舊瀝青路面與瀝青加鋪層之間，只要設(shè)置適當(dāng)厚度的瀝青加鋪層，路面整體結(jié)構(gòu)便可以擁有良好的抗車轍能力。

低溫彎曲性能

在低溫下，瀝青混合料的勁度將增加，其抗變形能力將顯著降低，比較容易產(chǎn)生開裂。在壩上氣候嚴(yán)寒地區(qū)，應(yīng)力吸收層的低溫抗裂性能更顯得重要。本文采用小梁彎曲試驗來對應(yīng)力吸收層瀝青混合料的低溫抗裂性能進行評價，試驗結(jié)果見圖4。

從圖4的結(jié)果可知，A、B兩種瀝青混合料在–10℃的低溫彎拉應(yīng)變滿足冬嚴(yán)寒區(qū)≥3000με的技術(shù)要求，表明A、B兩種高黏高彈改性瀝青應(yīng)力吸收層瀝青混合料具有優(yōu)良的低溫抗裂性能，且A瀝青混合料的低溫彎曲性能明顯優(yōu)于B和C。

水穩(wěn)定性

水損害在瀝青路面損害中較為常見，許多瀝青路面的早期破損多是由于水損害而引起的。應(yīng)力吸收層混合料攤鋪在舊瀝青路面上，如果水穩(wěn)定性不好，結(jié)構(gòu)層滲水或混合料自身產(chǎn)生水損害，則會進一步導(dǎo)致原基層的水損害，進而引起整體路面結(jié)構(gòu)的承載力下降。浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗是用來評價瀝青混合料水穩(wěn)定性的2種常用的試驗方法，本文也采用這2種試驗方法評價3種應(yīng)力吸收層瀝青混合料的水穩(wěn)定性，試驗結(jié)果見圖5。

根據(jù)圖5中的試驗結(jié)果，3種瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度都高于85%，凍融劈裂殘留強度比也都大于80%，三者都具有良好的抗水損害能力。分析其原因，可能與應(yīng)力吸收層的材料組成特點有關(guān)，級配連續(xù)、集料細、瀝青含量高且孔隙率小，水分很難浸入。綜合對比3種瀝青混合料的水穩(wěn)定性，C瀝青混合料的水穩(wěn)定性要優(yōu)于A和B。

抗疲勞性能

應(yīng)力吸收層瀝青混合料應(yīng)具備很強的抗疲勞性能，這是其防治反射裂縫的特定功能所bi需的。本文通過四點彎曲疲勞試驗，來分析3種瀝青混合料的疲勞性能，試驗結(jié)果如表3所示。

結(jié)論

a.從3種瀝青的常規(guī)指標(biāo)來看，A、B兩種高黏高彈改性瀝青的針入度、延度和60℃的動力黏度都要明顯高于普通改性瀝青C。

b.根據(jù)3種瀝青結(jié)合料的高低溫PG分級結(jié)果，A瀝青的PG分級是76－34，B瀝青的PG分級是82－22，C瀝青的PG分級是76－22，A瀝青的低溫性能要優(yōu)于B和C。

c.從高溫車轍試驗結(jié)果來看，3種應(yīng)力吸收層瀝青混合料由于礦料級配偏細，瀝青含量較高，高溫穩(wěn)定性均不是很好。從低溫彎曲試驗結(jié)果來看，A、B兩種高黏高彈改性瀝青混合料具有良好的低溫抗裂性能，且A的低溫性能要明顯優(yōu)于B和C。從水穩(wěn)定性來看來看，3種瀝青混合料都具有良好的水穩(wěn)定性，且C瀝青混合料的水穩(wěn)定性要優(yōu)于A和B。從四點彎曲疲勞試驗的結(jié)果來看，3種應(yīng)力吸收層瀝青混合料的疲勞壽命排序為A＞B＞C。

d.通過對3種應(yīng)力吸收層瀝青混合料的路用性能的研究發(fā)現(xiàn)，高黏高彈改性瀝青混合料相比常規(guī)的改性瀝青混合料，具有更好的路用性能，薦在河北省張家口市北部壩上地區(qū)和國內(nèi)氣候類似地區(qū)采用高黏高彈Ⅰ型改性瀝青進行應(yīng)力吸收層技術(shù)的推廣應(yīng)用。

參考文獻：

[1] 黃明，黃衛(wèi)東,等.基于疲勞性能的應(yīng)力吸收層混合料設(shè)計指標(biāo)[J].建筑材料學(xué)報，2014，17(1):164-171.

[2] 趙復(fù)笑.公路瀝青混合料應(yīng)力吸收層結(jié)構(gòu)性能及其試驗研究[D].沈陽:東北大學(xué)，2013.

[3] 廖衛(wèi)東.基于應(yīng)力吸收層的舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)與材料研究[D].武漢:武漢理工大學(xué),2007.

[4] 李祖仲，應(yīng)力吸收層瀝青混合料組成設(shè)計及抗裂性能研究[D].西安:長安大學(xué)，2009.

[5] 江毅.舊瀝青路面加鋪力學(xué)分析及抗裂措施研究[D].長沙:湖南大學(xué)，2009.

[6] 趙云濤，半剛性路面反射裂縫防治中應(yīng)力吸收層的理論分析與試驗研究[D].天津:河北工業(yè)大學(xué)，2014.

[7] BLANKENSHIP P,IKER N,DRBOHLAV. Interlayer and design considerations to retard reflective cracking[J]. Journal of Transportation Research Board, 1986:177-186.

全文完。發(fā)布于《公路工程》2020年4月第45卷。通訊作者：萬建軍(1991－)，男，甘肅酒泉人，碩士研究生，主要從事瀝青路面材料研究。

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Matest-Pavetest的BBR是一種熱電型低溫瀝青彎曲梁流變儀，用于測試瀝青膠結(jié)料在室溫到-40℃（±0.03℃）的彎曲蠕變試驗。 荷載由微型伺服控制作動器施加，可施加+25N的負載，加載頻率可以從靜態(tài)到動態(tài)25Hz，無需配置空壓機供應(yīng)壓縮空氣。瀝青彎曲梁流變儀通過伺服控制，不需要頻繁校準(zhǔn)以及重復(fù)調(diào)節(jié)空氣軸承的壓力。 只需輸入所需的荷載數(shù)值，伺服控制的作動器就會以難以置信的精度施加并保持所設(shè)定的荷載。 使用安裝在機器正面的溫度控制器可以非常準(zhǔn)確地控制溫度。用戶可以使用控制器或通過軟件設(shè)置浴溫。瀝青彎曲梁流變儀系統(tǒng)的核心是Matest-Pavetest的控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（CDAS2）和（TestLab）軟件。

常規(guī)應(yīng)用

?瀝青膠結(jié)料的彎曲蠕變試驗

?受荷載作用下的裂縫密封低溫特性

?滿足ASTM D6648、 AASHTO T313和SHRP瀝青試驗規(guī) 范的瀝青膠結(jié)料低溫撓曲蠕變測試

產(chǎn)品特點

▍瀝青彎曲梁流變儀通過伺服控制的設(shè)計不需要經(jīng)常進行標(biāo)定和反復(fù) 調(diào)整空氣軸承的壓力

▍加載頻率從靜態(tài)到動態(tài) 25Hz

▍不需要配套空壓機提供壓縮空氣

▍采用外置式固態(tài) Peltier 帕爾貼系統(tǒng)直接熱電制冷 （無氟）

▍設(shè)計了單獨的空氣 - 水熱交換器

▍集成的單獨式浴槽，使用乙醇作為浴槽介質(zhì)進行冷卻

▍通過軟件控制設(shè)定和監(jiān)測水浴溫度

▍全自動荷載閉環(huán)控制，無需每次開機手動調(diào)整滿點/零點等旋鈕

棱柱體小梁四點彎曲試驗是 2011 年交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程瀝青及瀝青混合料規(guī)程》增加的評價瀝青混合料疲勞性能和測量勁度模量的非常重要的試驗方法。該方法可以在DTS多功能動態(tài)試驗系統(tǒng)中進行，也可以使用單獨式系統(tǒng)，搭配 溫控環(huán)境箱進行試驗。尤其對于試驗任務(wù)量比較大的單位，因為疲勞試驗可能持續(xù)的時間比較長，幾小時到幾天、甚至幾周。 所以配備一套單獨式的瀝青混合料疲勞試驗系統(tǒng)是非常有必要的。

意大利matest-澳大利亞Pavetest氣動伺服四點彎曲疲勞試驗機 (4PB) 是采用數(shù)字控制高性能伺服閥，提供高達60Hz的準(zhǔn)確加載波形的氣動伺服試驗儀。四點彎曲疲勞試驗機可加載半正弦波和正弦波，受控應(yīng)變或受控正弦應(yīng)力控制模式，測試多種尺寸瀝青混合料小梁的彎曲勁度/模量。

適用規(guī)范

▍ AASHTO T 321 熱拌瀝青混合料重復(fù)彎曲疲勞壽命

▍ ASTM D7460 熱拌瀝青混合料重復(fù)彎曲疲勞損傷

▍ AG:PT/T233 & ASTM 03 熱拌瀝青混合料重復(fù)彎曲疲勞壽命

▍ EN 12697-24 Annex D- 棱柱體試件的四點彎曲試驗

▍ EN 12697-26 Annex B- 棱柱體試件的四點彎曲試驗 (4PB-PR)

▍ T0739-2011 瀝青混合料四點彎曲疲勞壽命試驗

產(chǎn)品特點

▍試樣通過伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠牢固夾緊，可始終維持預(yù) 定的夾緊力，并保證測試過程中試樣在產(chǎn)生屈服變形時仍能被持續(xù)夾緊，夾緊力可通過調(diào)節(jié)電機電流控制

▍兩個夾緊開關(guān)在儀器前方，用于試樣梁的左右兩側(cè)和中間側(cè)夾緊點的夾緊和放松。四個試樣夾緊框可實現(xiàn)所有加載點和反力點的旋轉(zhuǎn)和橫向移動

▍頂部夾緊塊的標(biāo)志線，可幫助操作者在夾緊前橫向?qū)χ性嚇恿?/p>

▍氣動伺服系統(tǒng)使用底部氣動加載作動器，配備高性 能氣動伺服閥，PID 閉環(huán)控制，運行中的自適應(yīng)控制，可始終維持測試所需的應(yīng)力/應(yīng)變

▍薄型高性能不銹鋼圓形荷載傳感器，用于實時測量和 控制荷載。主軸位移傳感器可實現(xiàn)中間加載框架的準(zhǔn)確定位

▍試樣表面位移傳感器(On-specimen LVDT)可按設(shè)定進行控制并測量試樣梁有效范圍內(nèi)的整體彎曲變形（而不是懸浮式的測量部分變形的方法），符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

▍基于 Windows 的 TestLab 軟件提供的用戶界面，簡單、效率高并符合有關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)。

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