沥青混合料低温抗裂性能评价指标的研究
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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。
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。
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。
SCB试验在评价沥青混合料抗裂性能中的应用摘要:有很多试验可以评价沥青混合料的抗裂性能,其中半圆弯曲实验(SCB)因其操作简单、重复性好及评价指标的灵活性被路面研究者广泛采用。
SCB试验目前主要被用来研究沥青混合料的低温抗裂性能以及抗疲劳断裂性能。
一些研究为了更符合实际情况和试验简便性,改变了一些试验条件。
本文介绍了利用SCB试验评价不同沥青混合料抗裂性能的国内外主要研究。
详细讨论了可用于评价沥青混合料抗裂性能的由SCB试验得到的各个参数,也讨论了SCB试验中沥青混合料的应力应变解析解。
总的来说,SCB试验被认为是一种具有发展前途的评价沥青混合料抗裂性能的试验方法。
建议未来的研究可以在考虑粘弹性特性的基础上集中发展动态SCB试验以研究沥青混合料的动态抗疲劳断裂性能,并提出适当的SCB试验标准规程以模拟实际的路面使用性能并为柔性路面设计提供参考。
关键词:道路工程;路面工程;沥青混合料;断裂;SCB试验1抗裂性能评价指标1.1起裂点与最大荷载R.A. Tarefder基于破坏荷载标准研究了沥青混合料的裂缝扩展规律。
加载的第一阶段,试样开始产生裂缝时对应的荷载称为启裂点(Crack Initiation point),其后试样裂缝扩展直至破坏,破坏时对应的荷载为破坏荷载(Peak load)。
启裂点用来衡量沥青混合料抵抗产生裂缝的能力,破坏荷载表征沥青混合料整体抗弯拉性能。
另外有研究者利用这两个指标评价了沥青混合料在干燥环境和湿润环境下的抗裂性能。
结果显示在湿润环境下的沥青混合料试样的启裂点和破坏荷载均大于干燥环境下的沥青混合料试样的启裂点和破坏荷载,表明沥青混合料在湿润条件下的抗裂性能好于其在干燥条件下。
1.2断裂韧度众多研究者使用断裂韧度来评价沥青混合料在不同试验条件下的抗裂性能。
在不同的试验条件下有着广泛的适用性,与影响沥青混合料抗裂性能的各个因素有良好的相关性,可以用来评价各个因素对沥青混合料抗裂性能的影响大小。
具体情况,目前大部分还是在运用马歇尔击实成型方式,为了更深入的研究不同成型方式对沥青混合料低温性能力学指标研究的影响,本文采用了用Troxler4140型旋转压实仪如图2-3—5成型试件,与马歇尔试件做对比研究。
图2-3—5TroxIer4140型旋转压实仪Troxler4140型旋转压实仪,通过旋转的滚轴对试件的揉搓作用来模拟汽车在沥青路面上行驶时轮胎对路面的作用效果。
根据交通量等级确定设计压实次数N“;和最大压实次数N皿。
在设定的工作条件(垂直压力600MPa,旋转角度1.25。
,旋转速度30rpm)和设计压实次数N“下,通过对混合料的反复搓揉作用成型试件。
本文拟采用相同的设计压实次数即Nd。
,=100次。
3.间接拉伸试验(劈裂试验)自60年代加拿大率先对沥青混凝土的低温收缩开裂进行系统调查研究以来,路面抗裂与材料低温性能指标一直是国家道路学术界的重要研究内容,尤为突出的是美国SHRP计划,加拿大、澳大利亚及欧洲许多国家也制定了相关的研究计划。
我国在“七五…八五”国家科技攻关课题研究中专门对沥青及沥青混合料的低温性能指标做了研究,运用了许多试验方法,做了大量的试验,对间接拉伸试验(劈裂试验)也做了大量的试验,得到大量的试验数据,间接拉伸试验由于其成型试件的方式简单,试验操作易行,设备成本较低,通用性好等优点,一直受到道路界的青睐,所以本文将间接拉伸试验作为评价沥青混合料低温性能的主要试验方法进行研究,改变试验温度,加载速率等,找出能很好的评价沥青混合料低温性能的试验条件和力学指标。
结合料中轻质油等成分挥发,形成了孔隙:并且由于处在高温状态下,沥青结合料容易流动,继续向石料内部和混合料内部的孔隙渗透,也造成了外部开口孔隙的出现。
由此可以看出老化的过程对试件的影响是相当明显的。
图4-2—1新拌料与长期老化后试件断面孔隙结构为了进一步研究新拌、短期老化和长期老化状态下沥青混合料低温性能的不同,本文选用克拉玛依沥青,SUPl2.5的级配,对沥青混合料在新拌、短期老化和长期老化状态下进行劈裂试验,测定其破坏应力、破坏应变和破坏劲度模量数据,试验温度为5。
沥青混凝土面层温度开裂是路面破坏的主要形式之一。
低温开裂有两种形式:一种是由于气温骤降造成面层温度收缩,在有约束的沥青层内产生的温度应力超过沥青混凝土的抗拉强度时造成的开裂;另一种是温度疲劳裂缝。
在我国还普遍存在第三种形式,那就是由于半刚性基层的收缩(温缩和干缩)而引起的面层开裂。
在低温条件下沥青混凝土脆化,在荷载作用下容易产生开裂。
S HRP研究表明90%的低温抗裂性能都是由沥青来提供的,所以选择低温性能优越的沥青将能很好地控制低温裂缝的产生。
一、沥青低温指标的试验方法沥青针入度、劲度、针入度指数PI、低温延度、低温粘度、弗拉斯脆点、当量脆点等均能在一定程度上反映沥青结合料的低温抗裂性能。
世界各国的沥青指标规范,对沥青低温指标的选择不尽相同,因此其相应的试验方法也存在一定的差异。
目前的试验方法主要可以分为两大类:传统经验试验方法和以沥青性能分级为指导的新技术试验方法。
1.弗拉斯脆点与广义脆点试验。
许多国家如加拿大、芬兰、瑞典、挪威、荷兰、德国、意大利等的沥青规范中,采用弗拉斯脆点来评价沥青的低温开裂性能。
沥青脆点的试验是在等速降温条件下用弯曲受力方式测定其脆裂的温度。
弗拉斯脆点是低温条件下的沥青结合料脆裂的温度,它主要描述路面荷载作用下的开裂模式。
而路面的温缩裂缝是路面在急剧降温过程中产生收缩时,在路面内形成的温度应力超过沥青混合料的应力松弛,从而造成温度应力积聚达到极限强度而发生的路面行为。
而混合料的收缩系数是引起路面内聚力大小的关键性指标,对沥青混合料来说,沥青结合料本身的收缩系数又是影响混合料收缩的关键,因此很多学者对沥青结合料的收缩性能给予了很大的关注,其中研究的一个重要指标就是收缩开裂温度,即另一种脆点温度。
2.针入度与当量脆点试验。
沥青的针入度的基本试验方法:采用一根外形尺寸固定具有固定质量的金属针,使其与规定温度的被测沥青表面保持接触后,在无明显摩擦的情况下检测该针沿着一条垂直导轨,在规定的时间内贯入被测沥青的深度并以0.1mm的深度值定义为一个针入度单位。
寒区道路沥青混合料的低温抗裂性能分析文章通过对沥青混合料低温性能指标进行探讨,分析了提高寒区道路沥青混合料的低温抗裂性的措施。
希望通过文章的分析能够为相关工作提供参考。
标签:寒区道路;沥青混合料;提高低温性能措施随着道路建设的不断完善,先期修建的道路逐渐出现了裂缝、剥落、坑槽、沉陷等道路病害。
尤其寒区道路病害的存在不仅影响了道路的美观,更破坏了路面结构的整体性,使得路面结构的承载能力下降,影响了道路的通行质量。
沥青路面的破损有各种类型,其中裂缝主要有:疲劳裂缝、边缘裂缝、块裂、纵向裂缝、反射裂缝和横向裂缝。
其中高等级公路沥青路面上常见的损坏现象主要有横向裂缝、纵向及网状裂缝。
季冻区热拌沥青混凝土路面早期破损形式主要是裂缝,在交通荷载和低温应力引起的拉应力、剪应力或两者共同作用下发生扩展,形成更具危害性的破损形式,引起路面的使用性能及交通服务功能下降。
目前,国内外的一些学者对季冻区道路病害产生的原因及作用机理进行了深入的研究,并陆续提出了一些有效的防治措施。
1 寒区沥青道路裂缝类型本文以哈尔滨松北区典型路段道路病害为例进行分析。
松北区位于松花江漫滩区,地势低平,地表沼泽洼地、牛轭湖发育。
地形总趋势为北高南低,地面高程一般在115~118m之间,局部沙垄、沙丘可达120m。
地貌成因类型为堆积类,形态类型可划分为松花江高、低漫滩。
松北区气候属大陆季风性气候,为北寒带气候条件,冬季长达五个月之久,春秋季节较短。
年平均气温为5.7℃,极端最高气温为39.1℃,极端最低气温为-41.4℃;年均降雨量为523.3mm,降雨期集中在6-8月份;年平均蒸发量1508.7mm;最大冻深为2.05m,地面稳定冻结日期为11月下旬,稳定解冻日期为翌年4月中旬。
冬季主导风向为SSW,最大风速为20m/s。
本地区气候特点是冬季收极地大陆气团控制,严寒干燥;夏季受副热带海洋气团的影响,气候炎热多雨;春秋两季因受冬、夏季风交替影响,气候多变,春季多大风,降水少蒸发快,易发生干旱;秋季多發生寒潮侵袭,降温急剧,易发生冻害。