瀝青及瀝青混合料疲勞性能影響因素

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

瀝青及瀝青混合料疲勞性能影響因素

彭 川

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400074)

隨著國(guó)家“十二五”的結(jié)束以及“十三五”的開(kāi)始，在國(guó)際經(jīng)濟(jì)前景不景氣的條件下，擴(kuò)大內(nèi)需，加快國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的步伐是一個(gè)行之有效的方法。在所有的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，公路運(yùn)輸建設(shè)儼然已經(jīng)成為其中的關(guān)鍵因素。當(dāng)前，在在世界范圍內(nèi)，道路建設(shè)中修建的大部分公路都屬于瀝青路面公路，瀝青路面也是今后公路建設(shè)和發(fā)展的趨勢(shì)。因此，研究影響瀝青混合料的疲勞性能的影響因素就顯得尤為重要。

瀝青路面；瀝青混合料；疲勞性能

0 引言

交通運(yùn)輸是經(jīng)濟(jì)推動(dòng)發(fā)展的大動(dòng)力。作為交通運(yùn)輸中的道路運(yùn)輸，不僅在世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展扮演關(guān)鍵的角色，還有效的促進(jìn)人類文明和物質(zhì)生活的不斷發(fā)展。世界各大國(guó)對(duì)本國(guó)公路投資建設(shè)都給予極高的重視。我國(guó)承擔(dān)著重要運(yùn)輸任務(wù)的公路，經(jīng)過(guò)這些年建設(shè)，取得了舉世矚目的成就。但由于我國(guó)復(fù)雜的地質(zhì)、地形情況，再加上施工和外部荷載等因素，導(dǎo)致了不同地域的公路面臨著不同程度的破壞。其中，疲勞破壞是高等級(jí)瀝青混凝土公路最常見(jiàn)的路面病害之一。瀝青公路由于疲勞破壞產(chǎn)生的裂縫，會(huì)嚴(yán)重影響車安全，縮短道路的使用壽命，甚至還可能會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

因此，為了道路的安全使用和滿足預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益，影響道路疲性能因素的研究，從而達(dá)到預(yù)防道路早期破壞和累計(jì)破破壞，提高道路壽命的目的。

1 影響疲勞性能的因素

由于瀝青混合料自身組成和外部環(huán)境的復(fù)雜性影響瀝青混合料疲勞性能的因素是多種多樣的。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這些影響因素可以分為以下兩類[1]：一類是瀝青混合料的內(nèi)在組成原因，另一類是瀝青混合料所處的外部環(huán)境。

1.1 內(nèi)在組成原因

1.1.1 混合料勁度

在疲勞觀點(diǎn)中，瀝青混合料的勁度模量是一個(gè)十分重要的材料特性。路面材料設(shè)計(jì)是路面設(shè)計(jì)中的基礎(chǔ)問(wèn)題，而瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量卻是瀝青路面設(shè)計(jì)的重要參數(shù)[2]。勁度是各種影響因素的集中體現(xiàn)。凡是任何能影響混合料勁度的變量，比如集料與瀝青的性質(zhì)、瀝青種類與用量、混合料的壓實(shí)度與空隙率等因素。

1.1.2 集料表面特征與級(jí)配

帶有尖棱角的開(kāi)級(jí)配粗集料通常由于難以壓實(shí)而具有較高的孔隙率，這樣就很有可能產(chǎn)生裂縫，從而進(jìn)一步影響瀝青集合料的疲勞壽命。具有良好級(jí)配的初集料可以形成勁度較高的集料，二表面光滑的圓集料形成勁度較低的集料，因而對(duì)疲勞可以產(chǎn)生不同的影響。

1.1.3 孔隙率

瀝青混合料的疲勞性能隨著孔隙率的降低而顯著提高?？紫堵试酱?，瀝青內(nèi)部的空隙與微裂縫就越多，在荷載的循環(huán)作用下就越容易會(huì)引發(fā)微裂縫的擴(kuò)展破壞，從而降低疲勞性能。

1.1.4 針入度與軟化點(diǎn)

Bazin在-10～10℃下的常應(yīng)力疲勞試驗(yàn)中得出瀝青越硬，其疲勞壽命越長(zhǎng)的結(jié)論。Epps在實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，瀝青的硬度越高，其勁度模量越大，疲勞壽命也越長(zhǎng)。在常應(yīng)力條件下，如果瀝青越硬，其疲勞壽命就會(huì)越長(zhǎng)；而在應(yīng)變模式下情況下則相反。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)證明，軟化點(diǎn)是影響瀝青疲勞性能的一個(gè)因素。其中，改性瀝青就是一個(gè)強(qiáng)有力的說(shuō)明。

1.2 外部因素

由于瀝青路面的施工、檢驗(yàn)以及使用都是在外界環(huán)境中進(jìn)行，外部因素主要分為以下三類：溫度與濕度、行車荷載、水分。

1.2.1 溫度與濕度

溫度與混合料疲勞勁度有著密切的關(guān)系，隨著溫度的升高，其疲勞強(qiáng)度和壽命會(huì)顯著下降。在應(yīng)力控制模式下，溫度在一定范圍內(nèi)降低，材料所受應(yīng)力也會(huì)相應(yīng)減小，混合料勁度卻會(huì)增大，從而可以增加混合料的疲勞壽命。在應(yīng)變控制模式下，所得結(jié)果則剛剛相反。

在工程實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)條件下證明，濕度對(duì)瀝青混合料疲勞性能也有一定影響。濕度會(huì)改變其疲勞性能，從而導(dǎo)致疲勞壽命縮短[3]。

1.2.2 行車荷載

車輛荷載是直接作用于瀝青路面的荷載，在不同車輛荷載的長(zhǎng)期反復(fù)的作用下，瀝青路面的疲勞壽命會(huì)發(fā)生顯著的變化。研究表明[4]，隨著車輛荷載行駛速度的增加，路面所承受的來(lái)自車輛的靜載和動(dòng)載之和會(huì)隨之變大，但是車輛荷載對(duì)路面某一位置的作用時(shí)間卻減少了。因此，如果瀝青路面長(zhǎng)期的受到高速行駛的車輛荷載的作用，其疲勞壽命將會(huì)大大縮短。同時(shí)，在高速行駛的交通條件下，輕荷載對(duì)道路疲勞壽命的影響也是不容忽視的。

1.2.3 水分

水對(duì)瀝青混合料的疲勞性能有顯著的作用。它能進(jìn)入集料之間的空隙，阻斷集料表面之間的連接，減小瀝青與集料之間的接觸面積，從而降低混合料勁度模量。劉松[5]等人在瀝青路面單軸壓縮試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：有水狀態(tài)下的瀝青路面的疲勞壽命僅為無(wú)水狀態(tài)下的18.7%。張倩[6]等人認(rèn)為：水可能是通過(guò)影響混合料勁度模量來(lái)改變?yōu)r青混合料疲勞壽命的。劈裂疲勞試驗(yàn)也表明：在水的作用下，瀝青混合料的疲勞性能會(huì)明顯降低。

2 結(jié)語(yǔ)

基于以上內(nèi)容，可以從如下幾方面提高瀝青混合料的疲勞性能：

2.1 嚴(yán)格控制瀝青原材料的質(zhì)量，選擇最佳的瀝青類型（比如改性瀝青）和合理的瀝青用量，這樣可以確保瀝青混合料具有較高的勁度模量，從而達(dá)到提高其疲勞性能的目的；

2.2 在進(jìn)行集料選擇時(shí)，盡可能的選擇骨架緊湊和級(jí)配良好的礦料。在進(jìn)行瀝青與集料之間的組合時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)與使用要求，選擇經(jīng)濟(jì)合理的配合比，以及采用硬度較高的瀝青作為原料，這樣可以更好的達(dá)到提高其疲勞性能目的；

2.3 盡量避免在在潮濕和會(huì)出現(xiàn)凍融情況的區(qū)域修建瀝青路面（如果無(wú)法避免，則需要采用排水性能良好的瀝青混合料），限制最大行車荷載（嚴(yán)禁超載），控制車輛行駛的最大時(shí)速（嚴(yán)禁超速）。

[1]高爽，朱洪洲，唐伯明. 瀝青混合料疲勞性能影響因素研究綜述[D]. 石油瀝青，2008（4）：1—3.

[2]劉福明. 瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量預(yù)估方程的驗(yàn)證分析[J]. 中外公路，2012（2）：208—210.

[3]王立新. 凍融作用下瀝青混合料疲勞性能實(shí)驗(yàn)研究[J]. 公路交通科技，2011（4）：29—31.

[4]許薛軍，劉華林. 高速、重載交通條件下提高瀝青路面疲勞性能的技術(shù)措施[J]. 公路工程，2010（8）：63—66.

[5]劉松，張學(xué)鋒，葉志華，等. 水對(duì)瀝青混凝土路面疲勞壽命影響初探[D]. 公路，2006（7）：35—36.

[6]張倩，李艷麗，戴經(jīng)梁. 水對(duì)瀝青混合料疲勞性能影響的模擬研究[J]. 公路，2005（4）：142—144

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