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橡胶沥青应力吸收层力学与疲劳性能研究

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引言
已建高速公路大部分采用半刚性基层沥青路面。半刚性基层温缩、 干缩变形大 , 易开裂。基于半刚 性材料强度高、 模量大、 板体性强的优点 , 我国路面设计时将半刚性基层作为承重层 , 提出强基薄面的设 计思想。虽然近几年面层设计也有增厚的趋势, 一些高速公路的沥青面层加厚至 18~ 20cm, 但是半刚 性基层的强度仍然控制在 3~ 5M Pa, 在施工中强度甚至更高; 同时半刚性基层材料变形小, 易断裂的缺 点依然没有改变 , 反射裂缝仍然是半刚性基层沥青路面主要破坏模式之一。 橡胶沥青应力吸收层是指采用橡胶沥青作为粘结材料 , 铺筑于水泥稳定碎石基层与沥青路面之间 或者旧路面与沥青加铺层之间 , 为防止反射裂缝而设计的低模量中间层, 它能够吸收下层裂缝部位的应 力集中, 防止上层沥青路面对应形成反射裂缝
[ 3, 5] [ 1, 2]
。橡胶沥青应力吸收层是由橡胶沥青表面处理技术
发展而来 , 并在美国多个州得到广泛应用 。相比于大粒径透水性柔性基层、 全厚式沥青路面、 厚沥 青面层, 橡胶沥青应力吸收层具有费用低、 施工时间短、 厚度薄等优点, 引起了我国道路工作者的注意, 参考国外橡胶沥青的技术规范 , 在广东、 河北、 江苏等省铺筑了试验段。为了综合研究其抵抗下部结构 裂缝向上部结构扩展的性能, 设计了包含应力吸收层复合试件的剪切与疲劳试验, 同时对日照市 220 省 道拓宽改建工程现场取芯试样进行剪切评价。为了对比评价橡胶沥青应力吸收层的防裂性能, 中间夹 层还选择了另外三种形式 : 聚酯玻纤布应力吸收层、 乳化沥青封层和加铺土工格栅。
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试验温度 / 疲劳 15 15 15 15 15 15 剪切 30 30 30 30 30 30
工作量 疲劳 1组 1组 1组 1组 1组 1组 剪切 1组 1组 1组 1组 1组 1组
2. 4 kg/ m 2 3. 0 kg/ m 乳化沥青封层 加铺土工格栅 聚酯玻纤布夹层 2. 36~ 4. 75mm 2. 36~ 4. 75mm 不使用集料 按规范 按规范 1. 0 kg/ m 2
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18% , 拌和收层集料 橡胶沥青应力吸收层集料为玄武岩 , 清洁、 不含风化颗粒, 集料粘附性均不小于 4 级。集料密度 2. 947g/ cm 3 。 ( 3) 聚酯玻纤布 聚酯玻纤布是玻璃纤维和聚酯纤维的混合物 , 具有良好的抗拉强度、 延伸率低、 高温稳定性好、 与沥 青及沥青混合料的相容性好, 且施工方便, 易回收 , 同时聚酯玻纤布与沥青复合夹层有良好的疲劳性能、 防水性能和分散应力集中 [ 6, 7] 。本研究中聚酯玻纤布选用进口产品。 ( 4) 其他材料 在制作这四种应力吸收层时, 还要用到乳化沥青、 热喷沥青、 土工格栅和下封层细集料。乳化沥青、 热喷沥青和下封层细集料的技术指标均符合 公路沥青路面施工技术规范! ( F T G F 40- 2004) 。乳化沥 青采用镇江泰普克慢裂快凝型阳离子乳化沥青, 热喷沥青采用韩国 SK70# 道路石油沥青 , 热沥青喷洒 量 0. 890kg/ m 。土工格栅采用日照市 220 省道拓宽改建工程中使用的土工格栅。
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石屑 , 才可铺筑沥青 混合料。聚酯玻纤 布应力吸 收层制作 步骤: 1) 将下承层 表面清扫 干净; 2) 按 1. 0kg/ m 2 沥青用量洒布热沥青 ; 3) 铺筑聚酯玻纤布 ; 4) 碾压或外力静压; 5) 养护 7 天后, 扫除多余石 屑, 才可铺筑沥青混合料。 2. 2 试验过程及控制 共设计了 6 组复合小梁, 每组至少 3 根, 具体试验方案见表 1。复合小梁疲劳试验利用 UT M 。加 载采用应变控制 ( 400 ) , 加载频率 10H z, 试验温度 15 。加载方式为三分点加载, 两端支点的距离是 35. 6cm 。加工好的试件在试验温度下养护 6h, 疲劳破坏满足劲度模量下降为初始劲度模量的 50% 或
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2. 1
应力吸收层疲劳性能
复合小梁试件 按照 公路工程沥青及沥青混合料试验规程! ( JT J052 2000) , 轮碾法成型 40cm ∀ 30cm ∀ 4cm 大车
辙板试件。然后在每一块车辙板表面制作应力吸收层, 7 天养生后 , 再在其上面轮碾成型沥青混合料, 下部、 上部 混合 料均 采用 AC 20I 沥 青 混合 料。 24 小时 后, 将复 合 大车 辙板 切割 成 长 381mm 、 宽 63. 5mm 、 高 50m m 的小梁。切割时保证先成型沥青混凝土厚度均为 2. 5cm, 后成型沥青混凝土与应力 吸收层厚度之和为 2. 5cm, 并对后成型沥青混凝土进行中间切缝 , 切缝深度 1cm 。疲劳小梁示意图见 图 1, 切割试件见图 2。
第4期
高俊启等 : 橡胶沥青 应力吸收层力学与疲劳性能研究
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疲劳振动 1 小时这两个条件中的任何一个, 疲劳试验自动终止。
表1 T ab. 1 夹层类型 橡胶沥青封层 集料规格 9. 5~ 13. 2mm 疲劳与剪切方案 Scheme for shear ing and fatigue tests 胶结料用量 1. 8 kg/ m
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2. 3
疲劳试验结果及分析 为减少试验误差 , 在设定应变水平下做了 3 个平行试件 , 表 2 为试件疲劳寿命试验结果。由表 2
知, 聚酯玻纤布复合小梁疲劳性能最好 , 是乳化沥青试件疲劳寿命的 5 倍还要多。洒布量 3. 0kg / m 2 橡 胶沥青应力吸收层复合梁疲劳寿 命大于 28060 次 , 是乳化沥青封层复合小梁的 4 倍多。洒布量 1. 8 kg / m 、 2. 4kg/ m 、3. 0kg/ m 橡胶沥青应力吸收层复合梁疲劳寿命均比铺筑乳化沥青封层的复合小 梁寿命长 , 这说明加铺橡胶沥青应力吸收层后 , 沥青混凝土疲劳寿命得到大幅度地提高 , 其防止反射裂 缝能力强。另外 , 也可以根据复合小梁试件累计能耗来分析其疲劳性能, 但本文主要根据疲劳荷载作用 次数评价其疲劳性能。
应变水平 400 400 400 400 400 400 8320 13150 19100 7690 12950 33300
橡胶沥青 3. 0 kg/ m2 乳化沥青封层 加铺土工格栅 聚酯玻纤布夹层
从表 2 还可以看出, 复合小梁疲劳性能不仅与应变水平有关, 还与橡胶沥青洒布量存在一定的关 系。随着橡胶沥青洒布量增加 , 复合小梁疲劳寿命也呈非线性增加。洒布量 3. 0 kg / m 2 橡胶沥青应力 吸收层复合小梁疲劳寿命接近聚酯玻纤布的抗疲劳能力。因此 , 在较高的橡胶沥青洒布量下 , 更利于提 高沥青路面的疲劳性能。但同时要考虑到, 高橡胶沥青洒布量会增加工程早期投资 , 同时也可能会引起 沥青路面泛油。
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3. 1
应力吸收层剪切性能
剪切试件 为研究各种应力吸收层的使用效果 , 设计了带沥青下面层的复合棱柱体试件。下面部分为水泥稳
定碎石, 尺寸为 50mm ∀ 50mm ∀ 30m m 。中间为应力吸收层或下封层 , 上部为 30m m 的 A C 20I 沥青混 合料。整个试件尺寸为 50 mm ∀ 50 m m ∀ 30 m m ∀ 2 层。剪切试验试样见图 1。试验前在试验温度下 保温不少于 4 小时。
表 2 复合小梁 U T M 疲劳试 验结果 T ab. 2 应力吸收层类型 橡胶沥青 1. 8 kg/ m2 橡胶沥青 2. 4 kg/ m
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Fatigue measurements of specimens by U T M 疲劳寿命 N f ( 次 ) 1 2 8730 9530 29080 5390 11890 > 36000 3 10900 12230 > 36000 8290 ― > 36000 平均值 ( % ) 9317 11637 > 28060 7107 12420 > 35100 21. 5 6. 0 变异系数 ( % ) 14. 9 16. 2
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剪切试验方案及过程
共设计了 6 组复合剪切试件 , 每组至少 3 个, 具体试验方案见表 1 。试验采用 EL E 多极变速加载设 备进行加载, 加载速率为 10mm/ min。试件采用空气浴 , 试验温度为常温 30 # 1 。根据已有经验, 试 件倾角 取 40 。将试件放入斜面剪切夹具中 , 施加竖向定速率力 F, 粘结层剪应力 ! 可用式 ( 1) 表示 : ! = sin40 ∀ F/ S 式中 ! 为粘层界面处的剪应力, F 为竖向施加定速率的荷载, S 为试件剪切截面积。 3. 3 剪切试验结果及分析 剪切试验结果见表 3。由表 3 可以看出, 在 30 条件下, 抗剪切强度优劣次序: 橡胶沥青应力吸收 层( 3. 0 kg / m ) > 聚酯玻纤布应力吸收层 > 乳化沥青封层 > 铺设土工格栅乳化沥青封层。其中 , 橡胶 沥青应力吸收层 ( 3. 0 kg / m 2 ) 和聚酯玻纤布应力吸收层抗剪强度大约是乳化沥青封层抗剪强度的 1. 2 ~ 1. 3 倍。另外, 在标准轴载作用下, 计算出连续体系下道路罩面或路面下 5cm 处的剪切力处于 0. 18 ~ 0. 40M Pa 之间, 橡胶沥青应力吸收层和聚酯玻纤布应力吸收层的抗剪切强度均远大于 0. 40M Pa, 满 足路面使用要求 。 由表 3 还可以看出, 对于橡胶沥青应力吸收层 , 在 30
第 24 卷 第 4 期 2009 年 8 月
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JO U RN A L OF EX PERIM EN T A L M ECH A N ICS
V o l. 24 No . 4 A ug. 2009
文章编号 : 1001 4888( 2009) 04 0341 06

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橡胶沥青混合料应力吸收层配合比设计研究

橡胶沥青混合料应力吸收层配合比设计研究


油石 比进行 目标配比马歇尔试验，马歇尔试验击实温度为 １ ７ ０ ￣ Ｃ， 击 比范 围内， 马歇尔试验均能取得较满意的试验结果。因此为了保证应 实次数为双面 ７ ５次， 马歇尔试件为表干法测定毛体积相对密度。 力吸收层具有较强的抗反射裂缝的能力 ， 采用 ８ ． Ｏ ％的油石 比。 对 于直力吸收层采用的标准 ，本试验参照现行 Ａ Ｃ 一 １ ０上面层的 通过马歇尔试验分析 ， 材料用量对 比试验研究 ， 得出了适于寒 区 规范要求 ， 进行适当的修改。为了增强吸收层的低温抗裂性及防水密 橡胶沥青配合比的数据。为项 目提供了可靠的施工基础。 封陛，将其空隙率定为 Ｏ 嚷 ；考虑到沥青混合料 的抗裂Ｊ 『 生和耐久 参考 文献 性， 将饱和度定为 ８ ０ ％￣ ９ ５ ％； 流值定为 ３ ０ ￣ ７ ０ （ ０ ． １ ｍｍ） ￣ ｌ 。马歇尔稳定 『 １ １ ］中华人 民共和 国交通部Ｊ Ｔ Ｇ Ｆ ４ ０ － ２ ０ ０ ４ 公路 沥青路 面施工技 术规 度与改性沥青混合料相同。 范『 ｓ １ ． 北京： 人 民交通 出版杠 ， ２ ０ ０ ４ ．
沥青路面的开裂是路面的主要病害之一 ，铺筑在半 刚性基层上 ２ ． ２ ． １ 高温稳定 Ｉ 生 检验。为体现不同油石比对 Ａ Ｃ 一 １ ０应力吸收层高 拘沥青路面裂缝主要是由半冈 ｆ 生 基层引起 的反射裂缝。 半刚性基层材 温稳定性的影响 ， 取７ １ ０ ％油石比进行车辙试验 ， 检测其 ５ ｏ ￣ ｃ ， ５ ５ Ｃ 的 低温的能力较差， 很容易发生低温收缩裂缝 ； 在水分损失时很 动稳定度． 试验结果见表 １ 。 容易发生干缩裂缝 ； 在行车荷载与环境条件的反复作用下 ， 这些裂缝 表１ Ａ Ｃ 一 １ ０ 应 力吸 收层 目标 配 比动 稳 定度试 验汇 总 会逐渐反射到沥青路面上 ， 加速沥青路面的破坏。 １ 橡胶沥青性能试验 １ ． １ 原材料性质。基质沥青 ： 石油沥青 ； 在 目标配合 比设计阶段使用 了４ 种矿料 ， 粗集料采用最大粒径 １ ０ ｍｍ石灰岩粗碎石， 细集料使用
橡胶沥青应力吸收层应用探讨

橡胶沥青应力吸收层应用探讨

橡胶沥青应力吸收层应用探讨1、工程概况番禺区某城镇主干道，全长12.8km，双向4车道，全路段均为重载交通区，原道路已使用9年，近几年已经过多番修补，但效果不佳，路面不断出现各种不同病害。

根据试验检测结果，主要表现为：砼路面出现不同程度的纵向、横向裂缝，路面抗滑性能低，部分路段承载力不足等，大大降低了道路的使用功能，影响行车的舒适性和安全性。

沥青罩面工程基本覆盖全路段，自下而上主要路面结构层及主要工程量为：旧混凝土路面：铣刨1cm，橡胶沥青应力吸收层：1cm，粘层：改性乳化沥青，面层：3.5cm细粒式改性沥青混凝土（AC-13C）。

施工工期为30天。

2、橡胶沥青2.1 橡胶沥青优点1 混合料采用橡胶沥青能够：（1）有较高粘度，混合料油膜较厚而不会析漏或泛油。

（2）在高温下有较大的弹性和恢复性。

2 橡胶沥青混合料使路面能够：（1）提高耐久性。

（2）提高路面对裂缝发生、疲劳裂缝反射裂缝抵抗能力，因为胶结料含量高、弹性好。

（3）减轻温度敏感性。

（4）提高抗老化、抗氧化能力，因为胶结料含量高、油膜厚、轮胎橡胶中的抗氧化剂。

（5）提高抗车辙永久变形能力，因为粘度高、软化点高、弹性恢复好（橡胶沥青高温下更粘稠、更有弹性）。

（6）更低的路面养护费用，因为路面耐久性和性能得到提高。

2.2 使用橡胶沥青要考虑的费用因素橡胶沥青产品价格高于普通沥青和改性沥青，初期费用也是橡胶沥青主要用于薄层的一个原因。

橡胶沥青经济实用性好的方式是薄层断级配或者开级配表面层，或者30～60mm罩面，碎石封层或夹层。

已经证明，对于重交通下路面损坏较严重但结构完整性较好的路面，橡胶沥青是改建这种路面最有用的方式，橡胶沥青薄层罩面使初期建设费用反而降低，橡胶沥青路面养护费用减少、寿命延长更提高了效益，费用效益分析应该采用全寿命周期费用分析方法。

3、橡胶沥青应力吸收层（SAMI-R）简单地说，橡胶沥青应力吸收层SAMI-R就是一种碎石封层，其上覆盖普通沥青路面或者橡胶沥青路面，应力吸收层材料具有较低的模量，柔韧性和弹性非常好，它能够弯曲和蠕变，释放了应力，修复了很多已经发生的裂缝，橡胶沥青应力吸收层能够阻止裂缝扩展，延缓罩面的反射裂缝方面表现出非常好的效果。

沥青胶结料疲劳性能评价的研究进展

沥青胶结料疲劳性能评价的研究进展

沥青胶结料疲劳性能评价的研究进展王承献;王立志;王鹏【摘要】沥青胶结料的疲劳特性对沥青混合料的疲劳寿命起着重要作用,沥青混合料的疲劳特性直接影响路面耐久性和长期使用性能,评价沥青胶结料的疲劳寿命是研究路面疲劳破坏的基础问题.文章概述了沥青疲劳评价方法的进展,对比了疲劳寿命N?50、能量比ER、累计耗散能变化率DER、疲劳因子G*· sinδ、耗散能变化率DR、简化能量耗散变化率RDR等指标对沥青胶结料疲劳性能评价的可靠性,阐述了其优缺点;结合实际路面荷载作用与破坏模式对沥青胶结料的疲劳问题进行综合分析,阐明了基于动态剪切流变仪( DSR)的时间扫描试验方法、加载方式以及沥青触变性、自愈性等因素对沥青胶结料疲劳性能的影响,阐述了6种沥青胶结料疲劳性能评价指标在实际中的应用情况,展望了沥青胶结料疲劳研究的方向.%Fatigue property of asphalt binder plays an important role in the fatigue life of asphalt mixture ,and the fatigue property of asphalt mixture affects the durability and long-term performance of pavement directly,thus,it is the basis of the study of pavement fatigue damage problem that evaluates the fatigue life of asphalt effectively. The article expounds the progress of asphalt binder fatigue evaluation method,compares the reliability of Fatigue Life( N?50 ),Energy Ratio( ER),Cumulative Dissipated EnergyRatio( DER ),G*· sinδ,Dissipated Energy Ratio( DR ),Reduced Diss ipated Energy Ratio( RDR)for evaluating asphalt binder fatigue characteristics,analyzes their advantages and disadvantages. It analyzes the fatigue problem of asphalt binder comprehensively,considering the actual load and failure form of the pavement,mainly discusses the effect of DSRtime-sweeping test method,load mode,thixotropy and self-healing of asphalt binder on fatigue performance,states the practical application situation of 6 kinds evaluation indexes,and also discusses the fatigue research direction of asphalt binder.【期刊名称】《山东建筑大学学报》【年(卷),期】2015(030)005【总页数】8页(P456-463)【关键词】沥青胶结料;疲劳性能;应力控制模式;应变控制模式【作者】王承献;王立志;王鹏【作者单位】山东建筑大学交通工程学院,山东济南250101;山东建筑大学交通工程学院,山东济南250101;山东建筑大学交通工程学院,山东济南250101【正文语种】中文【中图分类】U416.217疲劳开裂损伤路面的平整性和耐久性，直接影响路面的使用寿命，甚至可认为沥青混合料的疲劳性能决定了沥青路面的整体使用质量和长期使用效益。

橡胶沥青应力吸收层性能试验研究

橡胶沥青应力吸收层性能试验研究

橡胶沥青应力吸收层性能试验研究刘家俊;沈宝营【摘要】采用埃索70#基质沥青，以布氏旋转粘度、25℃针入度以及软化点为评价指标，进行橡胶沥青最佳胶粉掺量设计，在此基础上，采用疲劳试验和剪切试验来评价橡胶沥青应力吸收层的性能。

试验结果表明：1)以橡胶沥青胶结料的布氏粘度、25℃针入度及软化点指标为标准确定的最佳胶粉掺量为18%(外掺)；2)从加工工艺合理性、老化程度等因素考虑，橡胶沥青生产搅拌时间75~105 min比较合理；3)相比Strata应力吸收层、热改性沥青以及改性乳化沥青封层，橡胶沥青应力吸收层具有较好的抗疲劳性能和层间抗剪切性能，但其温度敏感性较差。

%Adopting Esso 70# base asphalt, with Brookfield Rotational viscosity, penetration at 25 ℃ and softening point as evaluation indices, this paper performs optimum rubber powder proportion design for rubber asphalt. Upon this, fatigue test and shearing test are performed to evaluate performance of stress absorbing layer of rubber asphalt. Test results show the following: 1 ) The optimum rubber powder proportion is 18% ( mixing ) und er the conditions of Rotational viscosity, penetration at 25 ℃ and softening point of rubber asphalt cement;2) Considering rational production process and aging degree, the agitating duration of rubber asphalt shall be 75 ~105 min.; 3 ) Comparing with Strata stress absorbing layer, thermal modified asphalt and modified emulsified asphalt seal, the stress absorbing layer of rubber asphalt has better anti - fatigue performance and shear resistance between layers, yet not so good temperature sensibility.【期刊名称】《公路交通技术》【年(卷),期】2016(032)004【总页数】5页(P34-38)【关键词】橡胶沥青应力;吸收层胶粉掺量;疲劳性能;抗剪性能【作者】刘家俊;沈宝营【作者单位】招商局重庆交通科研设计院有限公司，重庆 400067;中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083【正文语种】中文【中图分类】U416.2反射裂缝的防治一直是我国半刚性或刚性基层高等级公路建设和维修中比较关注的问题之一。