生物質(zhì)融雪劑腐蝕下瀝青混合料的損傷特性

張 倩,馬浩軒,唐 超,高鴻麗

(1.西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院,陜西 西安 710055;2.陜西省巖土與地下空間工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710055;3.陜西省高速公路建設(shè)集團(tuán)公司西漢分公司,陜西 西安 710065)

噴撒高氯鹽型融雪劑是世界各國(guó)目前應(yīng)急保障冬季雨雪天交通安全廣泛采用的方法之一,但傳統(tǒng)氯鹽類(lèi)融雪劑對(duì)路面、橋梁腐蝕破壞性強(qiáng),嚴(yán)重影響了道路及其附屬設(shè)施的使用安全和壽命,對(duì)生態(tài)環(huán)境也有不良影響。目前市面銷(xiāo)售的所謂環(huán)保型融雪劑,成分以氯化鈣、氯化鎂為主,其腐蝕性仍很強(qiáng)。針對(duì)此問(wèn)題,筆者所在課題組開(kāi)展有機(jī)環(huán)保道路融雪材料研發(fā),采用水循環(huán)和碳循環(huán)技術(shù),以秸稈粉末和土豆作為原料,經(jīng)過(guò)化學(xué)預(yù)處理后,采用生化降解、生物發(fā)酵、酸堿中和聯(lián)用的“一鍋煮”的綠色生產(chǎn)方法,得到了融雪效果較好的生物質(zhì)融雪劑,通過(guò)復(fù)配得到了三種配方各具特征的融雪劑ZM-1、ZM-2、ZM-3。ZM-1主要成分是醋酸鈣鎂鹽,ZM-2由生物質(zhì)融雪劑與少量氯鹽組成,ZM-3則在生物質(zhì)融雪劑中加入了助融雪的醇類(lèi)。對(duì)三種融雪劑進(jìn)行了實(shí)地撒布融雪試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明三種融雪劑的融雪效果良好,能夠滿足使用要求。

國(guó)內(nèi)外對(duì)融雪劑腐蝕瀝青混合料的研究,主要以傳統(tǒng)氯鹽融雪劑對(duì)混合料性能的損傷為主。如叢培良等[1]研究了除冰鹽種類(lèi)、溫度和浸泡時(shí)間等因素對(duì)基質(zhì)和改性瀝青兩種混合料性能的影響。周金枝和吳澤媚等[2-3]研究了氯鹽的浸泡腐蝕對(duì)瀝青混凝土低溫抗裂性能的影響。魏建國(guó)等[4]研究分析了氯鹽融雪劑對(duì)瀝青結(jié)合料路用性能的影響及其作用機(jī)理。肖慶一等[5]研究了醋酸類(lèi)除冰鹽對(duì)瀝青混合料的侵蝕機(jī)理。Y.Edwards等[6]開(kāi)展了融雪劑對(duì)北歐飛機(jī)場(chǎng)道路耐久性的影響研究。Y.HASSAN,D.Christensen和J.Ekblad等[7-9]研究了融雪除冰劑對(duì)機(jī)場(chǎng)瀝青混凝土的影響。X.Shi和L.J.Novak等[10-11]采用改進(jìn)沸水試驗(yàn)方法,研究了醋酸鹽對(duì)瀝青混合料力學(xué)性能的影響。馬芹永等[12]采用凍融劈裂試驗(yàn),以?xún)鋈谂芽估瓘?qiáng)度和凍融腐蝕因子評(píng)價(jià)瀝青混凝土在氯鹽侵蝕下強(qiáng)度的變化規(guī)律。王富玉等[13]基于凍融劈裂強(qiáng)度研究了不同濃度鹽水浸泡后瀝青混合料劈裂強(qiáng)度的變化規(guī)律?？梢钥闯鲆延新酚萌谘﹦└g研究主要針對(duì)氯鹽類(lèi)融雪劑進(jìn)行,針對(duì)生物質(zhì)融雪劑的相關(guān)研究幾乎沒(méi)有;有關(guān)融雪劑腐蝕與荷載的耦合作用對(duì)瀝青混合料影響的研究也較少?；诖?筆者依托腐蝕試驗(yàn)研究3種生物質(zhì)復(fù)配融雪劑對(duì)瀝青混合料力學(xué)性能的影響,首先運(yùn)用損傷力學(xué)分析混合料在承受荷載過(guò)程中融雪劑溶液的腐蝕對(duì)其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的影響,其次考慮融雪劑腐蝕和荷載耦合作用,探析其對(duì)混合料損傷發(fā)展的影響,通過(guò)公式推導(dǎo)建立融雪劑腐蝕-受荷損傷演化模型,并對(duì)三種生物質(zhì)融雪劑進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

采用韓國(guó)SK牌SBS改性瀝青,粗細(xì)集料分別為閃長(zhǎng)巖類(lèi)碎石和石灰?guī)r,級(jí)配選用密級(jí)配瀝青混合料AC-13,最佳瀝青用量為4.4%,級(jí)配設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 級(jí)配設(shè)計(jì)表Table 1 Gradation design

1.2 試驗(yàn)方法

依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)規(guī)定,馬歇爾穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度均采用φ101.6 mm×63.5 mm的小型馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)件,抗壓強(qiáng)度與抗壓回彈模量采用φ100 mm×100 mm的靜壓試件。

采用ZM-1、ZM-2、ZM-3三種生物質(zhì)融雪劑,配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的溶液,對(duì)照組采用純水和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氯化鈉溶液,在零下5 ℃的條件下采取干濕循環(huán)浸泡進(jìn)行瀝青混合料腐蝕試驗(yàn)(見(jiàn)圖1)。

圖1 干濕循環(huán)浸泡Fig.1 The dry and wet cycle corrosion immersion test

試件在融雪劑中浸泡5 d,然后室溫條件下放置2 d為一個(gè)干濕循環(huán),3個(gè)干濕循環(huán)為一個(gè)周期,腐蝕齡期設(shè)定為兩個(gè)周期。浸泡結(jié)束后測(cè)定混合料馬歇爾穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、劈裂勁度模量、抗壓回彈模量等力學(xué)指標(biāo)[14-16]的數(shù)值變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果均為四個(gè)平行試件的均值,各力學(xué)指標(biāo)衰減率均采用式(1)、式(2)計(jì)算。

(1)

(2)

式中:ΔY為與原樣試件相比測(cè)試指標(biāo)衰減率,%;ΔS為與水浸泡試件相比測(cè)試指標(biāo)衰減率,%;Ry為原樣試件的指標(biāo)測(cè)試值;RS為經(jīng)水浸泡試件的指標(biāo)測(cè)試值;Rr為經(jīng)融雪劑浸泡試件的指標(biāo)測(cè)試值。

2 融雪劑腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

2.1 馬歇爾穩(wěn)定度變化

試驗(yàn)操作依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)中T0709—2011方法進(jìn)行,試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 經(jīng)融雪劑腐蝕后馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明三種生物質(zhì)融雪劑干濕循環(huán)浸泡對(duì)馬歇爾穩(wěn)定度的影響程度要小于氯鹽融雪劑。

2.2 間接拉伸試驗(yàn)

采用經(jīng)融雪劑干濕循環(huán)浸泡后的馬歇爾試件,依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)T0716—2011,利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行間接拉伸試驗(yàn),試驗(yàn)溫度采用(15±0.5)℃,加載速率采用50 mm/min,如圖3所示。

圖3 間接拉伸試驗(yàn)Fig.3 Indirect tension test

材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系包含重要的力學(xué)性能特征。為分析融雪劑對(duì)瀝青混合料造成的損傷,對(duì)比經(jīng)不同環(huán)境浸泡后瀝青混合料的間接拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線,考察其變化規(guī)律;然后通過(guò)分析劈裂破壞勁度模量以及臨界應(yīng)變能密度,以混合料間接拉伸性能判別融雪劑造成的損傷。

間接拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線采用經(jīng)5種腐蝕環(huán)境干濕循環(huán)浸泡作用后,利用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)得到的荷載-位移原始數(shù)據(jù),其劈裂抗拉強(qiáng)度及破壞勁度模量計(jì)算公式如下:

RT=0.006 287PT/h.

(3)

εT=XT×(0.030 7+0.093 6μ)/

(1.35+5μ).

(4)

ST=PT×(0.27+1.0μ)/(h×XT).

(5)

式中:RT為劈裂抗拉強(qiáng)度,MPa;εT為破壞拉伸應(yīng)變;ST為破壞勁度模量,MPa;μ為泊松比;PT為試驗(yàn)荷載的最大值,N;h為試件高度,mm;XT為相應(yīng)于最大破壞荷載時(shí)水平方向的總變形,mm。由于試驗(yàn)環(huán)境溫度為15 ℃,因此泊松比選用試驗(yàn)規(guī)程中的推薦值0.30。

選取各腐蝕條件下與其測(cè)定的劈裂強(qiáng)度均值大小最接近的試件作為該條件下應(yīng)力-應(yīng)變曲線數(shù)據(jù)的來(lái)源,將試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變后繪制間接拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線見(jiàn)圖4,計(jì)算結(jié)果如圖5、圖6、圖7所示。

圖4 間接拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.4 Indirect tensile stress-strain curve

圖4中同一應(yīng)力水平下經(jīng)4種條件浸泡后混合料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線在橫向分布在原樣試件曲線兩側(cè)。氯鹽融雪劑浸泡混合料后會(huì)使其“變硬”,隨著應(yīng)力增加應(yīng)變?cè)黾臃认鄬?duì)較小,故其應(yīng)力-應(yīng)變曲線分布在原樣試件的左側(cè);而ZM-1和ZM-3為醋酸鹽類(lèi)融雪劑,會(huì)使混合料“軟化”,所以其應(yīng)變?cè)黾臃认鄬?duì)較大,曲線在原樣試件右側(cè);ZM-2融雪劑為有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)化合物的復(fù)配,其應(yīng)力-應(yīng)變曲線在到達(dá)峰值應(yīng)力前位于原樣曲線的右側(cè),到達(dá)峰值應(yīng)力后位于原樣曲線左側(cè)。

圖5 經(jīng)融雪劑腐蝕后混合料的劈裂破壞應(yīng)變

劈裂破壞應(yīng)變作為混合料受荷時(shí)變形程度的評(píng)判指標(biāo),能夠反映4種融雪劑腐蝕對(duì)瀝青混合料變形性能的影響,圖5顯示氯鹽融雪劑與ZM-2浸泡后試件變形性能降低,而ZM-1與ZM-3浸泡試件的變形性能增強(qiáng)，驗(yàn)證了氯鹽類(lèi)融雪劑會(huì)使混合料變硬從而使得模量提高,而ZM-1與ZM-3等醋酸類(lèi)融雪劑則使混合料模量減小。

圖6 經(jīng)融雪劑腐蝕后混合料的劈裂抗拉強(qiáng)度

圖7 經(jīng)融雪劑腐蝕后混合料的劈裂勁度模量

為表征經(jīng)不同融雪劑腐蝕后瀝青混合料性能的差異,利用拉應(yīng)變準(zhǔn)則的應(yīng)變能密度指標(biāo),從能量角度研究融雪劑的腐蝕性,臨界應(yīng)變能密度指混合料到達(dá)峰值應(yīng)力時(shí),應(yīng)力-應(yīng)變曲線與應(yīng)變橫軸所圍成的面積,混合料臨界應(yīng)變能密度對(duì)比情況如圖8所示。

根據(jù)圖8,從能量角度分析,經(jīng)氯鹽融雪劑和ZM-2融雪劑腐蝕后混合料釋放能減小,吸收能增加,而ZM-1和ZM-3融雪劑會(huì)使得瀝青混合料的釋放能增加,吸收能減小。

圖8 混合料臨界應(yīng)變能密度對(duì)比

2.3 單軸壓縮試驗(yàn)

單軸壓縮試驗(yàn)利用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī),依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)進(jìn)行,試驗(yàn)溫度選取20 ℃,加載速率2 mm/min,直至試件破壞為止,記錄峰值荷載。

選取各環(huán)境條件下與其測(cè)定的抗壓強(qiáng)度均值大小最接近的試件作為該環(huán)境下應(yīng)力-應(yīng)變曲線的數(shù)據(jù)來(lái)源,其抗壓強(qiáng)度及抗壓回彈模量的計(jì)算公式如下:

Rc=4P/πd2.

(6)

qi=4Pi/πd2.

(7)

E′=q5h/ΔL5.

(8)

式中:RC為試件的抗壓強(qiáng)度,MPa;P為試件破壞時(shí)的最大荷載,N;d為試件直徑,mm;qi為相應(yīng)于各級(jí)試驗(yàn)荷載Pi作用下的壓強(qiáng),MPa;Pi為施加于試件的各級(jí)荷載值,N;E′為抗壓回彈模量,MPa;q5為相應(yīng)于第5級(jí)荷載(0.5P)時(shí)的荷載壓強(qiáng),MPa;h為試件軸心高度,mm;ΔL5為相應(yīng)于第5級(jí)荷載(0.5P)時(shí)經(jīng)原點(diǎn)修正后的回彈變形,mm。

將數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的應(yīng)力應(yīng)變后繪制單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線見(jiàn)圖9,計(jì)算結(jié)果如圖10、圖11、圖12所示。

圖9中,4種融雪劑腐蝕后的混合料單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線走勢(shì)基本相同,峰值應(yīng)力與原樣相比存在不同程度減小, 純水浸泡后混合料的應(yīng)力應(yīng)變曲線介于原樣與融雪劑浸泡的混合料之間。經(jīng)不同腐蝕作用后混合料峰值應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變變化存在差異性,純水與ZM-3融雪劑處治后的混合料峰值應(yīng)變與原樣相比變化相對(duì)較小,另外3種融雪劑處治后的混合料峰值應(yīng)變與原樣相比則有一定程度的增加。

圖9 混合料單軸壓縮破壞應(yīng)力-應(yīng)變曲線

圖10 經(jīng)融雪劑腐蝕后混合料的破壞壓縮應(yīng)變

圖11 經(jīng)融雪劑腐蝕后混合料的抗壓強(qiáng)度

圖12 經(jīng)融雪劑腐蝕后混合料的抗壓回彈模量

瀝青混合料經(jīng)不同腐蝕環(huán)境作用后與原樣相比,單軸壓縮破壞應(yīng)變均存在不同程度增大,抗壓回彈模量則存在不同程度減小,表明混合料經(jīng)過(guò)融雪劑作用后抵抗變形能力降低,其中ZM-3融雪劑對(duì)瀝青混合料抗壓性能影響最大,氯鹽融雪劑與ZM-2次之,ZM-1融雪劑的影響最小。上述規(guī)律與間接拉伸破壞應(yīng)變的規(guī)律不同,說(shuō)明經(jīng)不同種類(lèi)融雪劑干濕循環(huán)腐蝕后,所造成的瀝青混合料應(yīng)變變化的差異性與其受力特征有關(guān)。

3 基于融雪劑腐蝕瀝青混合料應(yīng)力-應(yīng)變特性的受荷損傷演化模型

3.1 損傷機(jī)理分析

瀝青混合料由于融雪劑干濕循環(huán)的腐蝕作用,微裂隙、微空洞等微觀缺陷會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)展,逐漸形成裂縫、剝落、松散等病害。其原因一方面是融雪劑電離出的離子滲入瀝青內(nèi)部,使得一些瀝青分子之間的鏈接斷裂,降低了瀝青的粘結(jié)能力,導(dǎo)致試件經(jīng)融雪劑浸泡過(guò)后更容易出現(xiàn)強(qiáng)度破壞;同時(shí)融雪劑離子對(duì)集料也有腐蝕作用。另一方面是在干濕循環(huán)浸泡環(huán)境下,融雪劑溶液浸入到瀝青與集料的表面,這部分融雪劑在干燥以后會(huì)在瀝青膜與集料之間形成結(jié)晶從而降低瀝青與集料之間的粘附性,導(dǎo)致試件抵抗破壞的能力減弱。因此，筆者依據(jù)間接拉伸和單軸壓縮的試驗(yàn)結(jié)果,建立受荷損傷演化模型,進(jìn)行受荷損傷演化分析。

3.2 模型的建立

由于融雪劑浸泡腐蝕,加劇了瀝青混合料內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)損傷累積,表現(xiàn)為宏觀物理力學(xué)性能的變化,為了反映混合料內(nèi)部的衰變程度,選取劈裂勁度模量或抗壓回彈模量作為損傷控制變量,定義融雪劑干濕循環(huán)腐蝕引起的損傷如下:

Dr=1-Er/E0.

(9)

式中:Dr為腐蝕損傷因子;Er為腐蝕一定時(shí)間后的劈裂勁度模量或抗壓回彈模量;E0為受腐蝕時(shí)的劈裂勁度模量或抗壓回彈模量。

考慮到瀝青混合料普遍存在初始缺陷,故將其腐蝕前初始損傷狀態(tài)定義為基準(zhǔn)損傷狀態(tài),由J.Lemaitre提出的應(yīng)變等效假設(shè),可得瀝青混合料損傷本構(gòu)關(guān)系為

σ=E0(1-DS)ε.

(10)

式中:ε為應(yīng)變;DS為受荷損傷因子。

將融雪劑腐蝕作用定義為一種膨脹力,則瀝青混合料的受荷損傷就可以等效成融雪劑腐蝕損傷與受荷損傷的疊加。將Lemaitre提出的應(yīng)變等價(jià)原理假設(shè)進(jìn)行推廣[17-18],將融雪劑干濕循環(huán)作用引起的瀝青混合料損傷狀態(tài)定義為第一種損傷狀態(tài),融雪劑腐蝕后經(jīng)受荷載引起的損傷狀態(tài)定義為第二種損傷狀態(tài),可得瀝青混合料經(jīng)融雪劑腐蝕損傷本構(gòu)方程為

σ=Er(1-DS)ε.

(11)

采用融雪劑腐蝕和受荷總損傷變量Dz表示瀝青混合料腐蝕受荷應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系[19]，可寫(xiě)成:

σ=E0(1-DZ)ε.

(12)

DZ=Dr+DS-DrDs.

(13)

式中:Dz為瀝青混合料融雪劑腐蝕受荷總損傷因子;DrDs為耦合項(xiàng)。

融雪劑-荷載耦合作用加劇了瀝青混合料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的損傷累積,宏觀表現(xiàn)為物理力學(xué)性能的衰減。因此,將劈裂勁度模量作為對(duì)細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化的描述,基于瀝青混合料是一種各類(lèi)缺陷隨機(jī)分布的復(fù)合非均質(zhì)材料,其損傷程度在各因素綜合作用下也呈概率性分布,假設(shè)瀝青混合料微元體強(qiáng)度服從Weibull分布,其概率密度函數(shù)[20]為

(14)

式中:ε為混合料應(yīng)變值;m、F為表征材料物理力學(xué)性質(zhì)的參數(shù),分別反映材料受外荷載不同響應(yīng)下的統(tǒng)計(jì)特征,通常與模量E、泊松比ν等材料參數(shù)有關(guān)。

假定混合料的損傷是由于局部微元體不均勻破壞所引起,將某一荷載下已破壞的微元體個(gè)數(shù)Nc與總微元體個(gè)數(shù)N之比定義為統(tǒng)計(jì)損傷度Ds。在任意應(yīng)變區(qū)間[ε,ε+dε]內(nèi),產(chǎn)生破壞的微元體個(gè)數(shù)為NP(x)dx,當(dāng)加載至某一應(yīng)變水平ε時(shí),已破壞的微元體個(gè)數(shù)可以表示為

(15)

式中:εf為應(yīng)力-應(yīng)變曲線峰值應(yīng)力所對(duì)應(yīng)的峰值應(yīng)變。

將式(15)代入Ds=Nc/N中,可得:

(16)

聯(lián)立式(10)、式(16),同時(shí)依據(jù)應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的峰值強(qiáng)度進(jìn)行推導(dǎo),可得損傷統(tǒng)計(jì)本構(gòu)模型參數(shù)m的計(jì)算公式為

(17)

式中:σf為應(yīng)力-應(yīng)變曲線的峰值應(yīng)力;E0為原樣試件的劈裂勁度模量。

聯(lián)立式(9)、式(13)、式(16),得到以融雪劑腐蝕和應(yīng)變?yōu)閾p傷控制變量的總損傷演化方程為

(18)

當(dāng)僅考慮融雪劑腐蝕損傷時(shí),受荷應(yīng)變?chǔ)?0,得到Dz=Dr;而當(dāng)僅考慮受荷損傷時(shí),Er=E0,從而Dz=Ds。

3.3 基于間接拉伸應(yīng)力-應(yīng)變特性的受荷損傷模型分析

當(dāng)采用劈裂勁度模量作為控制變量時(shí),該損傷演化方程相應(yīng)的參數(shù)值如表2所示。

表2 間接拉伸破壞損傷演化方程的參數(shù)值Table 2 Parameter value of damage evolution equation of indirect tensile failure

將表2計(jì)算所得的參數(shù)值代入損傷演化方程(18),得到總損傷度Dz與ε/εf的函數(shù)關(guān)系曲線,如圖13所示。

圖13 受融雪劑腐蝕后混合料間接拉伸損傷演化函數(shù)曲線

圖13中,經(jīng)融雪劑腐蝕后混合料的總損傷度Dz在失效破壞前呈現(xiàn)加速增長(zhǎng)趨勢(shì)直至完全破壞。不同腐蝕環(huán)境的混合料損傷演化曲線差異性比較明顯,除氯鹽融雪劑處治試件初始損傷度為負(fù)值外,其余均為正值,表明氯鹽融雪劑與其他融雪劑對(duì)混合料造成的損傷性質(zhì)不同,若以與原樣損傷演化曲線的相似度作為融雪劑腐蝕與間接拉伸損傷程度的評(píng)判基準(zhǔn),ZM-2的曲線與原樣曲線最相似,則ZM-2融雪劑對(duì)混合料的影響最小。

3.4 基于單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變特性的受荷損傷模型分析

當(dāng)采用抗壓回彈模量作為控制變量時(shí),該損傷演化方程相應(yīng)的參數(shù)值如表3所示。

表3 單軸壓縮破壞損傷演化方程的參數(shù)值Table 3 Parameter value of damage evolution equation of uniaxial compression failure

將表3中計(jì)算所得的損傷演化方程參數(shù)值代入函數(shù)方程(18),得到總損傷度Dz與ε/εf的函數(shù)關(guān)系曲線,如圖14所示。

圖14 受融雪劑腐蝕后混合料單軸壓縮損傷演化函數(shù)曲線

圖14中,經(jīng)不同環(huán)境腐蝕后混合料總損傷度均隨應(yīng)變?cè)黾佣黾?趨勢(shì)基本相同。在達(dá)到峰值荷載應(yīng)力前損傷度增加較快,且腐蝕后的混合料損傷度增長(zhǎng)較原樣要快。與間接拉伸損傷曲線相比,單軸壓縮破壞曲線初期損傷度增加幅度更大,速度更快;應(yīng)變達(dá)到峰值而失效破壞后,各腐蝕環(huán)境混合料損傷度均接近1。在同一應(yīng)變水平下ZM-1融雪劑處治后的混合料損傷度最大,ZM-2、ZM-3和氯鹽融雪劑處治后的混合料損傷度比ZM-1的小,原樣混合料損傷度最小,純水腐蝕混合料的損傷度介于融雪劑處治混合料與原樣混合料之間。若以與原樣損傷演化曲線的相似度作為融雪劑腐蝕間接拉伸損傷程度的評(píng)判基準(zhǔn),純水和ZM-2的曲線與原樣曲線最相似,則ZM-2融雪劑對(duì)混合料的影響最小。

瀝青混合料在單軸壓縮作用下達(dá)到峰值應(yīng)力失效破壞時(shí),原樣與5種腐蝕環(huán)境處治后的試件損傷度在0.85～0.95。而在間接拉伸損傷演化曲線中,達(dá)到峰值應(yīng)力失效破壞時(shí),原樣與5種腐蝕環(huán)境處治后的試件損傷度在0.3～0.7,要比單軸壓縮破壞的損傷度小很多,說(shuō)明融雪劑的腐蝕作用對(duì)瀝青混合料抗壓性能的影響要比間接拉伸性能的影響大。

4 結(jié) 論

(1)由于融雪劑的成分各具特征,經(jīng)4種融雪劑干濕循環(huán)腐蝕后,對(duì)試件的馬歇爾穩(wěn)定度、劈裂強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度以及試件的劈裂勁度模量與抗壓回彈模量的影響不同,表明醋酸鈣鎂、有機(jī)無(wú)機(jī)結(jié)合類(lèi)融雪劑和含有醇類(lèi)的生物質(zhì)融雪劑對(duì)瀝青混合料的影響機(jī)理不同,因而影響結(jié)果有差異。

(2)比較經(jīng)不同融雪劑干濕循環(huán)浸泡腐蝕前后瀝青混合料間接拉伸與單軸壓縮破壞應(yīng)力-應(yīng)變曲線及相關(guān)的指標(biāo)參數(shù),由不同融雪劑腐蝕后所產(chǎn)生的變化表現(xiàn)為:經(jīng)ZM-1和ZM-3浸泡的試件,其劈裂破壞應(yīng)變?cè)龃?變形能力增強(qiáng),釋放能增加,吸收能減小;經(jīng)ZM-2浸泡的試件,其劈裂破壞應(yīng)變減小,變形能力降低,釋放能減小,吸收能增加;從能量角度分析,ZM-1與ZM-3兩種生物質(zhì)融雪劑對(duì)瀝青混合料間接拉伸性能的影響相似,ZM-2與氯鹽融雪劑對(duì)瀝青混合料間接拉伸性能的影響相似;與原樣相比,試件經(jīng)三種生物質(zhì)融雪劑浸泡后的單軸壓縮破壞應(yīng)變均存在不同程度的增大,其相對(duì)大小順序依次為ZM-1,ZM-2,ZM-3。

(3)受荷損傷模型計(jì)算表明,融雪劑腐蝕與荷載耦合作用會(huì)使得混合料總損傷程度加劇,呈非線性增長(zhǎng)趨勢(shì);經(jīng)ZM-2浸泡的瀝青混合料間接拉伸和單軸壓縮損傷演化曲線與原樣最為相似,表明有機(jī)無(wú)機(jī)結(jié)合的ZM-2生物質(zhì)融雪劑對(duì)瀝青混合料的影響程度最小。