沥青混合料低温性能评价指标
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收稿日期:2005204226基金项目:国家西部交通建设科技项目(200131800019)作者简介:张宜洛(19662),男,河南偃师人,副教授,博士研究生.第26卷 第4期2006年7月长安大学学报(自然科学版) Journal of Chang πan University (Natural Science Edition )Vol.26 No.4J ul.2006文章编号:167128879(2006)0420035205沥青混合料的基本参数对其高低温性能的影响张宜洛,郑南翔(长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室,陕西西安710064)摘 要:沥青混合料的结构和参数决定了沥青路面的路用性能。
将沥青类型、级配、级配的4.75mm 、2.36mm 的通过率以及粉油比等作为沥青混合料的基本参数,从混合料的宏观特点出发,用试验的方法揭示各项基本参数对混合料高低温性能的影响及变化规律。
结果表明:沥青的变化和结构的调整对其温度稳定性影响相当大;随着4.75mm 通过率和2.36mm 通过率的增大,沥青混合料的高低温性能趋差;粉油比应在不同类型中加以综合考虑。
关键词:道路工程;沥青混合料;基本参数;高温稳定性;低温抗裂性能中图分类号:U414.75 文献标识码:A Influence of basic parameters on high and low temperatureperformances of bituminous mixtureZHAN G Y i 2luo ,ZH EN G Nan 2xiang(Key Laboratory for Special Area Highway Engineering of Ministry of Education ,Chang ’an University ,Xi ’an 710064,Shaanxi ,China )Abstract :The parameters and struct ure of bit uminous mixt ure determine t he performances of as 2p halt pavement.Taking t he types of asp halt ,t he grade of mixt ure ,t he 4.75mm passing percent 2age ,t he 2.35mm passing percentage ,and t he ratio of powder to oil as t he basic parameters ,a lot of test s are carried out to reveal t he influence of t ho se basic parameters on t he performances of as 2p halt pavement at low and high temperat ure.The result s show t hat t he types of asp halt and t he change of mixt ure st ruct ure have a great influence on t he performances of pavement.Wit h t he in 2crease of 4.75mm and 2.35mm passing percentage ,t he performances of bit uminous mixt ure will dicrease ;t he influence of t he ratio of powder to oil must be considered in different struct ure.1tab ,12figs ,6ref s.K ey w ords :road engineering ;bit umino us mixt ure ;basic parameters ;stability at high tempera 2t ure ;anti 2cracking ability at low temperat ure0 引 言沥青路面的路用性能是由沥青混合料内部的材料及其结构属性所决定的,由于某些因素的变化而出现不同的路用性能表现形式,形成了不同的沥青混合料类型[1]。
10.2 沥青路面材料的力学特性与温度稳定性——这三个你仔细看一下吧10.2.1 沥青混合料的强度特性表征沥青混合料力学强度的参数是:抗压强度、抗剪强度和抗拉(包括抗弯拉)强度。
一般沥青混合料均具有较高的抗压强度,而抗剪和抗拉强度则较低。
因此,沥青路面的损坏,往往是由拉裂或滑移开始而逐渐扩展。
1、抗剪强度(shearing strength)沥青混合料的剪切破坏可按摩尔一库仑原理进行分析。
材料在外力作用下如不产生剪切破坏,则应具备下列条件:τmax< σ tg φ+c (2-4)式中:τmax — 在外荷载作用下,某一点所产生最大的剪应力;σ — 在外荷载作用下,在同一剪切面上的正应力;c — 材料的粘结力;φ — 材料的内摩阻角;在沥青路面的最不利位置取一单元体,设其三个方向的主应力为σ1、σ2和σ3,且σ1>σ2>σ3。
由于单元体中最不利的剪切条件取决于σ1和σ3,故仅根据σ1和σ3分析单元体的应力状况。
图2-17为单元体应力状况的摩尔圆。
图2-17 应力状况摩尔圆图 图2-18 三轴剪切实验装置 1-压力环;2-活塞;3-出水口;4-保温罩;5-进水口;6-接压力盒;7-试件;8-接水银压力计从图2-17可得: ()φσστcos 2131-=(2-5)()φφφσσσ2231sin cos 21tg c -+= (2-6)将式(2-5)、(2-6)代人式(2-4)得: ()()[]c≤+--φσσσσφsin cos 213131 (2-7a ) ()ctg ≤--φτσφτmax max cos (2-7b)式(2-7a)或(2-7b)为沥青路面材料强度的判别式。
式左端称为活动剪应力,当活动剪应力等于粘结力c 时,材料处于极限平衡,若大于粘结力c ,材料出现塑性变形。
根据式(2-7a)或(2-7b)可求得沥青路面材料应具有的c 和Φ值。
c 和Φ值可通过三轴剪切试验取得。
在道路建设和维护领域,沥青混合料低温弯曲试验破坏应变是一个非常重要的主题。
通过对这个主题的深入探讨,我们可以更好地理解材料的性能特点,为道路建设和材料选择提供更科学的依据。
本文将从浅入深地探讨沥青混合料低温弯曲试验破坏应变的相关概念、测试方法以及意义,帮助读者全面、深刻地理解这一主题。
# 概念解析1. 低温弯曲试验低温弯曲试验是用来评估沥青混合料在低温条件下的抗裂性能的一种试验方法。
通过施加一定的弯曲应力,观察材料在低温下的变形和破坏情况,从而评估其耐久性能。
2. 沥青混合料沥青混合料是由骨料、沥青和填料按一定比例混合而成的道路材料。
其性能直接影响着道路的使用寿命和安全性能。
3. 破坏应变破坏应变是指材料在受到外力作用下产生破坏时所达到的最大应变。
对于沥青混合料来说,破坏应变的大小直接关系着其在低温下的抗裂性能。
# 测试方法低温弯曲试验中的破坏应变是评价沥青混合料抗裂性能的重要指标之一。
一般来说,低温弯曲试验可以采用三点弯曲或四点弯曲的方法进行。
在试验过程中,通过施加一定的荷载,观察材料在低温下的变形情况,从而得到破坏应变的数据。
# 意义与应用破坏应变作为评价沥青混合料低温抗裂性能的参数,在道路材料选择和设计中具有重要的意义。
通过对破坏应变的研究和评价,可以为道路施工提供科学的指导,保障道路在低温条件下的使用安全性和耐久性。
在实际道路工程中,通过对沥青混合料低温弯曲试验破坏应变的评价,可以选择具有良好低温抗裂性能的材料,提高道路的使用寿命和安全性能。
对破坏应变的研究也可以促进新材料的研发和应用,推动道路材料领域的技术创新和进步。
从个人的角度来看,对于沥青混合料低温弯曲试验破坏应变的深入理解,可以帮助我们更好地把握道路材料的特性和性能,为道路建设和维护提供更科学的参考。
通过对破坏应变的研究,也可以促进我们对材料科学的学习和理解,为相关领域的发展做出贡献。
总结回顾通过本文的探讨,我们对沥青混合料低温弯曲试验破坏应变有了更深入的理解。
沥青混合料低温抗裂性评价指标研究[摘要] 为了改善低温评价指标,本文在低温弯曲试验的基础上,采用单位体积破坏能来评价沥青混合料低温抗裂性能。
由于单位体积破坏能指标是混合料临界弯拉应变和弯拉强度两个指标的综合,因此,用它来评价沥青混合料的低温抗裂性能更加科学,该指标也成为低温研究领域的一个新的方法。
[关键词] 沥青混合料、评价指标、低温弯曲试验、破坏能1.低温弯曲试验本文从能量角度出发,用单位体积破坏能评价沥青混合料的低温性能。
由于单位体积破坏能指标是混合料临界弯拉应变和弯拉强度两个指标的综合,因此,用它来评价沥青混合料的低温抗裂性能可以规避使用单一指标带来的矛盾现象。
根据沥青混合料的破坏能的定义,可以将其单位体积的破坏能表示为:2.试验结果及分析针对两种不同的沥青混合料,进行-10℃、-20℃三个温度的低温弯曲试验,分析混合料的破坏时的抗弯拉强度、最大弯拉应变、弯曲劲度模量与温度的关系。
根据应力-应变关系,计算出破坏能,并以此作为评价沥青混合料低温性能的指标。
试件尺寸为:40mm×40mm×250mm小梁,跨距为200 mm,单点跨中加载,试验在MTS81O闭环液伺服试验机上进行,加载速率为50mm/min。
由低温弯曲试验,根据试验数据绘制的应力-应变图,可以回归出三项式拟合应力应变关系。
根据应力应变图拟合回归出的三项式,可以计算出沥青混合料在不同温度条件下的破坏能。
将AC-16沥青混合料以及AC-16外加剂沥青混合料在-10℃、-20℃的破坏弯拉应变,弯拉强度,弯曲劲度模量,单位体积破坏能以及弯曲系数列于表2和表3。
并且根据试验数据,以AC-16外加剂沥青混合料为例,绘制出其在三个温度条件下的应力应变图。
由试验数据可以看出:(1)随着温度的降低,沥青混合料的单位破坏能都相应的减少,例如AC-16外加剂沥青混合料当温度下降至-10℃时,混合料的破坏能减小到0.013239kj/m3,当温度降到-20℃,其破坏能减小到0.011419kj/m3。
环氧沥青混合料低温性能及评价指标冉武平;凌建明;谷志峰【摘要】为了给低温条件下环氧沥青混合料道面设计提供理论依据,通过室内试验,研究了环氧沥青混合料低温开裂性能及性能评价指标.通过沥青混合料多种低温评价指标适用性分析,建议低温劈裂强度作为评价环氧沥青混合料低温抗裂能力的指标;寒冷地区新建的环氧沥青道面结构设计,以低温开裂临界温度-31℃作为考虑面层低温开裂的设计指标,以低温劈裂强度作为结构设计控制指标.结果表明,环氧沥青混合料在低温条件下蠕变速率小,塑性差,但低温抗裂性能较好,抗拉强度是同类型改性沥青混合料的1.3~2.0倍,劲度模量为1.3~1.9倍.%In order to establish a theoretical basis for the design of epoxy asphalt pavement under low temperature conditions,in this study,the cracking performance and evaluation indexes of epoxy asphalt mixtures under low temperature conditions were investigated through laboratory tests. Based on the applicability analysis results of various low temperature evaluation indexes of asphalt mixtures, splitting strength is recommended as an index for evaluating the low temperature resistance of epoxy asphalt mixtures. In the design of new epoxy asphalt pavement structures for cold regions,- 31°C is set as the critical cracking temperature design index of the surface layer at low temperatures,whereas low temperature splitting strength is regarded as the structural design control index. Results show that in epoxy asphalt mixtures,low temperature creep rate is small and low temperature plastic deformation ability is low,but low temperature anti-cracking performance is improved. The observed epoxy asphalt tensile strength is 1.3 - 2. 0 times larger and stiffness modulus is 1. 3 - 1. 9 times larger than the corresponding properties of a similar type of modified asphalt mixture.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2017(052)005【总页数】8页(P935-942)【关键词】环氧沥青混合料;试验研究;低温抗裂性能;评价指标;控制标准【作者】冉武平;凌建明;谷志峰【作者单位】新疆大学建筑工程学院,新疆乌鲁木齐830047;同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海201804;同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海201804【正文语种】中文【中图分类】U416.216环氧沥青混凝土由于其优越的力学性质作为结构铺装材料得到广泛应用,但关于环氧沥青道面设计体系的学术研究显著滞后于工程实践的发展,其中应用于结构设计的新材料相关指标体系的构建,严重影响环氧沥青混凝土作为道面铺装材料的设计与工程应用.沥青混凝土的低温性能指标、标准的选择与低温开裂直接相关[1]. 环氧沥青混凝土作为一种热固性材料,虽然对温度的敏感性不如普通沥青混凝土,但其温度稳定性尤其是低温稳定性亟需研究,一方面是明确环氧沥青混凝土低温稳定性参数、评价方法和指标的选择,另一方面为环氧沥青道面低温开裂设计指标及其控制标准的选择提供理论依据.为此,国内外很多学者就沥青类材料的低温性能相关的问题展开了研究.美国Monismith[2]在1964首次通过试验手段对不同温度条件下的沥青混合料抗拉蠕变、低温收缩系数以及低温收缩应力等展开全面系统的试验研究.此后很多学者展开沥青混合料的低温性能的研究,包括评价指标[3-5]、试验方法[6-7]等.张占军等[8]对基于不同交联度的环氧沥青混凝土材料的低温性能展开了研究,重点阐述环氧沥青混凝土低温弯拉性能与钢桥面结构的适应性.本文通过室内试验,研究用于道面铺装结构的环氧沥青混凝土低温性能、评价方法和评价指标.试验用环氧沥青为HLJ-2910型,该型号环氧沥青包含A、B双组成分,其中,A 组为环氧树脂,B组为基质沥青与固化剂的混合物,A、B组分的质量比为1∶2.9.环氧沥青的技术指标如表1所示.选取的 4 种集料中,1#、2#为玄武岩,3#、4#为石灰岩,筛分结果及级配组成见表2.通过混合料配合比设计,选择表2级配组成,并确定油石比为5.12%.2.1.1 试验条件及过程低温蠕变试验可评价沥青混合料在低温条件下的变形能力和松弛能力,用低温蠕变速率评价沥青混合料的低温性能.典型的低温蠕变曲线分3个阶段:第1阶段为蠕变迁移;第2阶段为蠕变稳定;第3阶段为蠕变破坏.通常以第2阶段的蠕变速率评价环氧沥青混合料在低温下的变形能力,蠕变速率为式中:t1、t2分别为蠕变稳定期的起始和终止时间;ε1、ε2分别为t1和t2时间点对应的梁底弯拉应变;σ0为小梁试件跨中梁底的弯拉应力.应用文献[9]中成型车辙板试件,在120℃的烘箱中养生6 h至完全固化,试件尺寸及加载模式参照(T0728)试验方法[9],试验温度为- 5、-10℃,蠕变曲线如图1所示.由图1可知,小梁持续进行12 h的低温蠕变试验,其中10 h进入稳定阶段近,小梁没有出现蠕变破坏,仅出现蠕变迁移和蠕变稳定阶段.且蠕变稳定阶段曲线缓慢增长,-5、-10℃的蠕变速率分别为4.36 ×10-8、2.91 ×10-8/(s·MPa),表明尽管在低温时,随着温度的增高,蠕变速率有所增大,但与其它的改性沥青相比[10]约为1/100左右.2.1.2 结果分析在同等低温试验条件下,沥青混合料的蠕变速率越大,说明其变形能力越强,韧性越好,抗低温开裂能力越好[11-13].由试验结果可知,在低温条件下环氧沥青混凝土应力松弛能力较差,以弹性变形为主,易发生脆性破坏.由于没有界定的蠕变速率阈值作为评价指标判定沥青混合料是否会发生低温破坏,另外,蠕变速率仅表达其韧性及塑性变形能力,不能直观反应和表达沥青混合料的低温抗裂能力.因此,采用低温蠕变速率指标不能准确的评价环氧沥青混合料的低温抗裂性能.2.2.1 试验条件及过程沥青混合料的弯曲试验可评价沥青混合料弯曲性能和变形适应能力.该试验以弯拉应变εB和弯拉强度R B作为低温性能评价指标.试件养生固化条件同前,切割小梁尺寸为200 mm×35 mm×30 mm.两种试验工况温度分别为-10±0.5℃和-15±0.5℃,试验仪器为MTS810,采用最大量程为10 kN的传感器,加载速率为50 mm/min,对环氧沥青混合料小梁试件跨中施加集中荷载至断裂破坏,结果如图2所示.采集从加载初始直至试件破坏的荷载及挠度变形数据,低温弯曲应力-应变曲线如图3所示.每个工况做5组平行试验并对试验数据统计分析,试验结果只有4组有效.小梁弯曲破坏时的R B和εB可由式(2)、(3)计算.式中:P为小梁跨中荷载;L为小梁试件长度;d为小梁试件的跨中挠度;b为小梁试件的宽度;h为小梁试件的高度.在计算小梁试件破坏的最大弯拉应变时,按照相关规定[9],将应力-应变的直线段延长和横坐标交点作为曲线的原点且平移坐标点,得到小梁低温弯曲试验结果,见表3.根据文献[14-15]可知传统沥青(改性沥青)混合料在-10℃的低温弯曲试验结果,见表4.2.2.2 结果分析由表3可知,环氧沥青混合料在-10℃时,弯拉应变、弯拉强度的平均值分别为2.400×10-3和19.2 MPa;在-15℃时,弯拉应变、弯拉强度的平均值分别为2.339 ×10-3和20.0 MPa.随着温度降低,最大弯拉应变减小,抗弯拉强度增大,但变化幅度都不大.由表4可知,在-10℃时,不同胶结沥青的SMA-13和AC-13的弯拉强度和劲度模量都远小于环氧沥青混合料,极限应变总体略小于环氧沥青混合料,由此可知环氧沥青低温性能明显优于其它沥青混合料.加载断裂的环氧沥青混合料小梁试件,其破坏面相对较平整,断裂面处存在混合料中集料的断裂现象,如图2所示.图2说明在低温时环氧沥青与集料之间的粘结性很好,环氧沥青混合料在低温时具有较稳定的强度和变形能力.因此,低温下的最大弯拉应变和弯拉强度可反映环氧沥青混合料的低温抗裂性能.但沥青道面低温开裂实际是由于温度骤降引起的道面面层收缩变形受阻引起的单一的拉破坏.温降的速度和幅度是主要诱因,同时也沿厚度递减,故裂缝是自上而下产生.弯拉强度则是在竖向荷载作用下的拉压复杂应力状态下的拉破坏,表征的是弯曲性能.此外,道面结构的弯拉破坏一般产生自下而上裂缝,再加之集料的性能影响开裂,故低温弯拉强度无论是破坏形态还是机理仅可以定性分析环氧沥青混合料的低温开裂性能,不宜作为评价指标.2.3.1 试验条件及过程劈裂试验加载破坏过程如图4所示.劈裂试验可间接反映沥青混合料的抗拉性能,常用来评价沥青混合料低温抗裂性能.试件养生固化条件同前,采用旋转压实仪器成型直径为100 mm的试件,通过环境保温箱预设试验温度保养6 h,确保试件内外温度一致.试验在万能材料机MTS810上进行,加载速率为1 mm/min,加载模具压条宽度为12.7 mm,分别测得不同温度条件下(-25~15℃,每5℃为一个温度梯度)试件的劈裂抗拉强度,环氧沥青混合料试件劈裂强度和温度的关系见图5,试验结果见表5.2.3.2 结果分析由图4可知,试件劈裂破坏面分布较平整,同时亦有许多粗集料被拉断的新鲜破坏面,再次说明环氧沥青与集料的粘结力极强,环氧沥青混合料的劈裂坏强度取决于集料的力学性质和胶结材料的力学性质,而非仅与胶结材料的力学性质相关,故随着温度的降低,环氧沥青混合料的劈裂强度最终将取决于环氧沥青混合料的劲度模量.由图5可知,随着温度升高,环氧沥青混合料的劈裂强度逐渐减小,但在低于-15℃时,随温度降低强度增长趋势减缓,在高于5℃时,劈裂强度减小趋势明显变缓.随温度上升,最小值趋近5 MPa,而随温度降低趋近14 MPa.图5 (c)的回归方程为式中:R为劈裂强度;T为试验温度.通过上述分析及图5所示回归方程可知,在-25℃ <T<15℃度范围内,劈裂强度与温度回归为三次抛物线,劈裂强度存在极值,在-25℃时存在劈裂强度最大值R max;在15℃时存在劈裂强度的最小值R min.拟合的曲线在-25~15℃范围内满足劈裂强度和温度的关系.2.4.1 劲度模量沥青的劲度模量是时间和温度的函数,为了研究不同低温条件下环氧沥青混合料的劲度模量,进行单轴压缩试验.试验采用旋转压实仪成型直径100 mm的圆柱体试件,养生环境同上.试验温度从-25~5℃(温度梯度为5℃),每个温度做3组平行试验,试验前试件放在预设的温度箱内6 h恒温,加载采用MTS810,量程为100 kN的传感器.为模拟中温度应力变化过程,加载方式为0.005 Hz的低频率正弦波,最大荷载为20 kN.试验结果的荷载-变形曲线见图6.劲度模量随加载频次的变化如图7所示.由图7可知,在0℃条件下,试件的劲度模量在加载的第1个周期内略有降低,幅度4%左右,此后随加载次数增加,劲度模量也趋于稳定.在0℃条件下,环氧沥青混合料试件的劲度模量随着加载时间的增加变化幅度不大,受时间的影响较小.测定不同温度条件下环氧沥青混合料的劲度模量随温度的变化规律如图8所示.由图8可知,在设定的应力水平和加载频率下,温度越高,环氧沥青混合料的劲度模量越小;随着温度的降低,环氧沥青的劲度模量增加的越快,劲度模量受温度的影响变化很大,由8 GPa增加到40 GPa左右.因此,在温度降低,尤其是温度骤降时,不考虑荷载作用时间对环氧沥青混合料劲度模量的影响,只考虑温度影响.2.4.2 收缩系数试验温度收缩系数是计算温度应力的重要参数,受材料的级配组成、沥青材料的用量、降温幅度以及约束条件影响.按照T0720的方法,用成型固化养生后的车辙板切割成200 mm×20 mm×20 mm的小梁试件,温度范围控制在-25~5℃.考虑到北方地区寒流降温,最快的夜间降温速率可以达到4~7℃/h.本文采用5℃/h温差范围,根据测量不同温度下千分表的读数来计算温度收缩系数,每个温度测式中:α为沥青混合料在T到T+ΔT温度区间的平均线收缩系数;ΔL为小梁试件在长度方向上的变形;ΔT为温度区间.由表6可知,不同温度情况下的温度收缩系数不同,在5~-25℃的范围内,温度收缩系数在1.84 ×10-5~1.45 ×10-5℃ -1内变化,随着温度的降低,温度收缩系数变小.在试验过程中,每5℃作为一个温度区间,把该温度区间测量的线收缩系数作为该温度区间的平均收缩系数,但在实际降温过程中,每个温度下对应的线收缩系数不同,采用拟合的方法拟合线收缩系数与温度的关系(图9),计算任意温度下环氧沥青混合料的线收缩系数.3组平行试验数据,收缩系数计算见式(5),计算结果见表6所示,并取平均值.2.4.3 温度应力的计算沥青混凝土道面的温度应力计算采用Hills和Brien[16]提出的温度应力计算模型,见式(6).式中:σ(T)为T0~T f温度变化范围内累计的温度应力;α(ΔT)为环氧沥青混合料在ΔT温度范围内的平均线收缩系数;S(ΔT)为环氧沥青混合料在式中:σ(T)、S(T)分别为图8和图9的回归式,即低温条件下环氧沥青混合料的劲度模量受加载时间的影响较小,受温度变化影响较显著,因此,线收缩系数和低温条件的环氧沥青混合料劲度模量计算式分别见式(7)、(8).线收缩系数是基于5℃/h的降温速率,之前的研究分析中已指出,环氧沥青混合料的低温(-5℃)蠕变速率为4.26 ×10-8/(s·MPa),随温度降低蠕变速率减小.本文未考虑在快速降温条件下的环氧沥青混合料温度应力松弛效应.此外,考虑到降温至5℃以上时,由于温度应力较小,可近似认为当降温温度大于5℃时温度收缩应力为0.通过式(7)计算的温度应力见图10.ΔT温度范围内的平均劲度模量;ΔT为T0~T f温度变化范围内划分的温度间隔.由于环氧沥青混合料的劲度模量和线收缩系数都是温度的函数,因此当温度从T0变化到T f时,温度应力为2.4.4 低温开裂临界温度由图10可知,在-35℃时应力可达18 MPa,超过了该温度条件下环氧沥青混合料的抗拉强度,此时环氧沥青混合料会发生低温缩裂破坏.为了预估环氧沥青混合料的低温开裂温度,比较不同温度条件下的温度应力和劈裂抗拉强度,当累计的温度应力达到环氧沥青混合料的劈裂抗拉强度时的温度为低温开裂温度,温度应力和劈裂强度随温度的变化见图11.由图11可求出环氧沥青混合料的低温开裂温度为-31℃,说明环氧沥青混合料在温度高于-31℃时几乎不会开裂.由于计算过程中,忽略了低温条件下环氧沥青混合料的蠕变变形,因此,计算的结果偏于保守.通过上述分析可知,低温蠕变速率虽然可以表征环氧沥青混合料在低温条件下的塑性特性以及应力松弛能力,但由于环氧沥青的高强度及高模量在低温条件下更具有弹性特性,因而采用蠕变试验的蠕变速率不能反映环氧沥青的实际抗低温性能;低温弯拉强度在一定程度上可以表征环氧沥青混合料低温条件下的抗拉性能,但其仅可作为对比性的指标反映低温抗裂性能,而不能直接用于结构设计的低温开裂设计指标的控制标准.低温劈裂强度不仅直接表征材料低温条件下的抗拉强度,而且试验方法和手段简捷方便,更易于推广和应用.综上所述,建议以低温劈裂强度作为评价环氧沥青混合料的低温抗裂性能的指标.由于环氧沥青混合料的低温抗裂强度较高,在寒冷地区进行新建环氧沥青道面结构设计时,以低温开裂临界温度作为考虑低温开裂的设计指标,以低温劈裂强度作为设计控制指标.(1)环氧沥青混凝低温蠕变曲线以蠕变稳定阶段为主,低温条件下其应力松弛能力较差,塑性变形能力差,以弹性变形为主,易发生脆性破坏.(2)环氧沥青混合料低温试验的试件破坏面较平整且出现集料的断裂,表明环氧沥青具有超强的抗拉性能并与集料的良好粘结性能,其破坏很大程度上是由于集料的破坏导致,故环氧沥青低温性能与集料的强度有很大关系.(3)环氧沥青混合料低温弯曲强度明显优于普通改性沥青基沥青混合料,但无论从低温弯拉的破坏形态还是机理,低温弯曲仅可以定性分析环氧沥青混合料低温开裂性能,不宜作为开裂评价指标.(4)环氧沥青混合料的劲度模量受温度影响显著,作用次数影响可以忽略.通过试验得出劈裂强度与劲度模量的回归公式,依据试验结果,确定了低温开裂的临界温度为-31℃.(5)建议以低温劈裂强度作为评价环氧沥青混合料的低温抗裂能力的指标.针对寒冷地区新建环氧沥青道面结构设计,以低温开裂临界温度指标作为是否考虑面层低温开裂的设计指标,以低温劈裂强度作为结构设计控制指标.【相关文献】[1]姚祖康.沥青路面结构设计[M].北京:人民交通出版社,2011:218-241.[2] 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China Journal of Highway and Transport,2012,25(1):35-39.[9]中华人民共和国行业标准.JTG E20—2011公路工程沥青基沥青混合料试验规程[S].北京:人民交通出版社,2011.[10]张熙颖.沥青混合料低温抗裂性能蠕变试验研究与分析[J].中外公路,2007,27(6):177-179.ZHANG Xiyin.Research and analysis of creep test of asphalt mixture crack resistance at low temperature[J].Journal of China& Foreign Highway,2007,27(6):177-179. [11] KANERVA H K. Prediction of low temperature cracking of asphalt concrete mixtures with thermal stress restrained specimen test[D].[S.l.]:Oregon State University,1993.[12]侯金成.纤维沥青混凝土粘弹性能研究[D].大连:大连海事大学,2007.[13] LEE S J,AKISETTY C K,AMIRKHANIAN S N.Recycling of laboratory-prepared long-term aged binders containing crumb rubber modifier[J].Construction & Building Materials,2008,22(9):1906-1913.[14]谭国湖,李熙.SMA沥青混合料低温性能试验研究[J].公路,2012,11:194-197. 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改性沥青及其效果评价指标
所谓改性沥青,也包括改性沥青混合料,是指“掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂),或采取对沥青轻度氧化加工等措施,使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料”。
改性剂是指“在沥青或沥青混合料中加人的天然的或人工的有机或无机材料,可熔融、分散在沥青中,改善或提高沥青路面性能(与沥青发生反应或裹覆在集料表面上)的材料”。
改性效果的好坏,主要用改性沥青指标来进行评价,改性沥青的评价指标为:
(1)感温性指标:针入度指数(针入度)。
(2)低温性能指标:5℃延度和当量脆点。
(3)高温性能指标:60℃粘度、软化点与当量软化点。
(4)热稳定性(耐老化)指标:旋转薄膜烘箱试验。
(5)沥青粘弹效应指标:弹性恢复。
⑥沥青与集料握裹力指标:粘韧性试验。
⑦施工及安全指标:闪点、135℃运动粘度。
⑧离析指标:软化点差。
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。
路面用普通沥青温度敏感性评价指标选择与分析路面用普通沥青温度敏感性评价指标是指用于评价沥青混合料抗高温和低温变形性能的指标。
沥青混合料在高温环境下会产生软化和流动,而在低温环境下则会变硬和脆化。
因此,为了确保路面的稳定性和耐久性,评价沥青混合料的温度敏感性是非常重要的。
对于评价指标的选择和分析,主要考虑以下几个方面:1.高温性能指标:高温性能指标主要是评价沥青混合料在高温下的变形性能,其中最常用的指标是软化点和黏度。
软化点是指沥青在高温下开始软化和流动的温度,通常以球和锥试验法测定。
黏度描述了沥青混合料在高温下的流动性,通常使用旋转黏度计测定。
2.低温性能指标:低温性能指标主要是评价沥青混合料在低温下的变形性能,其中最常用的指标是弯曲斯托。
弯曲斯托是指低温下应变比例下的沥青混合料弯曲变形,通常使用三点弯曲测试方法测定。
3.动态剪切流变性能指标:动态剪切流变性能指标主要是评价沥青混合料在不同温度和应力条件下的变形性能。
其中最常用的指标包括复合模量、相位角和频率扫描。
在选择适合的评价指标时,需要根据不同的道路类型、交通量和气候条件进行考虑。
比如,对于高温地区来说,草案软化点和黏度可能是更为重要的指标;对于低温地区来说,弯曲斯托和动态剪切流变性能指标可能更具意义。
此外,评价指标的选择应该考虑到实际施工和试验的可行性。
一些指标可能需要复杂的试验设备和技术,因此在选择时需要综合考虑经济性和可操作性。
总的来说,选择合适的评价指标可以更准确地评估沥青混合料的温度敏感性,提高路面的稳定性和耐久性。
在选择时需要综合考虑不同的因素,并结合具体的道路条件和气候条件来做出决策。
沥青混合料是一种常见的路面材料,其质量直接关系到道路的使用寿命和安全性。
因此,在施工过程中需要对沥青混合料进行必检参数的检测,以确保其质量符合要求。
以下是一些常见的沥青混合料必检参数:
1. 沥青含量:沥青混合料中的沥青含量是影响其性能的重要因素之一。
必检参数包括沥青的质量、用量和沥青与集料的比例等。
2. 集料级配:集料级配是指沥青混合料中不同粒径集料的分布情况。
必检参数包括集料的粒径、级配和空隙率等。
3. 马歇尔稳定度:马歇尔稳定度是指沥青混合料在马歇尔试验中的稳定性能。
必检参数包括马歇尔稳定度、流值和空隙率等。
4. 车辙试验:车辙试验是指模拟车辆行驶对沥青混合料的影响。
必检参数包括车辙深度、车辙宽度和车辙形状等。
5. 低温弯曲试验:低温弯曲试验是指测试沥青混合料在低温下的弯曲性能。
必检参数包括弯曲强度、弯曲应变和弯曲破坏形态等。
6. 沥青与集料的粘附性:沥青与集料的粘附性是指沥青与集料之间的粘附程度。
必检参数包括沥青与集料的粘附等级和沥青与集料的剥落率等。
以上是一些常见的沥青混合料必检参数,具体的检测项目和标准可能因地区、工程要求和材料类型等因素而有所不同。
在施工过程中,需要根据相关标准和规范进行检测,以确保沥青混合料的质量符合要求。
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。
即当(2-2)时,混合料不产生开裂;而当应变能大于或等于破坏能时,混合料产生开裂。
分析应力-应变曲线发现,三次多项式能较好的拟合应力-应变关系的上升阶段。
即(2-3)。
式中,其中常数仅与材料类型有关。
由式3-3和3-1即可得到沥青混合料的单位体积破坏能:(2-4)
2.2弯曲系数
沥青混合料一般有3种破坏形式,如图1。
a曲线呈线性关系,为脆性破坏,当应力达到峰值时试件突然断裂,并丧失承载能力;c曲线为柔性破坏,当应力达到最大值时试件开始破坏,但仍具有承载能力;b曲线破坏形式介于a、c之间。
b型破坏的产生温度是一个关键性参数,在该温度范围内,混合料的低温破坏形式从柔性转化为脆性,该温度称为脆化点。
脆化点越低,沥青混合料破坏形态由柔性转化为脆性的温度越低,即低温抗裂性能也越好。
引入弯曲系数su,以描述混合料低温弯曲破坏形式及应力-应变曲线的属性,并预测混合料抵抗低温的能力。
su计算公式为:
(2-5)。
式中:为弯曲系数;rb为强度;dw/dv为弯曲破坏能密度;为最大弯拉应变。
2.3试验结果分析
由公式2-4可以得到混合料在不同温度下的破坏能,列于表2。
根据破坏能、破坏应变和破坏强度,利用公式2-5可以求得混合料的弯曲系数。
由上表回归出弯曲系数与温度的关系式,将其与相关系数列于表3。
并根据关系式求出弯曲系数为1时的温度,即脆化点温度。
性能趋势一致。
两种沥青混合料相比较,改性沥青混合料的破坏能较大、脆化点温度较低,低温抗裂性能要明显优于基质沥青混合料。
3结语
本论文通过对两种沥青混合料进行0℃、-10℃、-20℃的弯曲试验,得出混合料的应力-应变曲线,计算出混合料在每个温度下的单位体积破坏能和弯曲系数。
利用破坏能能够较好地评价混合料低温性能,利用弯曲系数能预测混合料的脆化点温度,即抵抗低温的能力。
综合两个评价指标,
能较全面的评价混合料的低温性能,避免了使用单一指标而使结果出现矛盾的现象。
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