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同学们大家好

上一讲指出沥青混合料的路用性能

以及材料组成和结构类型紧密关联

那么有哪些基本路用性能

材料组成和结构类型

对路用性能有什么样的影响

我们从第二讲

沥青混合料的基本路用性能

寻求答案

因为沥青路面直接暴露在自然环境中

承受着大量行车荷载的反复作用

因此要求沥青混合料具有

良好的抵抗荷载作用

以及温度 水等环境因素作用的能力

其基本路用性能主要包括

马歇尔稳定度

高温稳定性 低温稳定性

和水稳定性四个方面

首先从马歇尔稳定度说起

马歇尔稳定度是评价沥青混合料

荷载稳定性的基础实验

其评价指标也是后续

材料组成设计的重要依据

一般采用马歇尔击实仪

成型直径101.6mm 高63.5mm的圆柱体试件

或者直径152.4mm 高95.3mm的大马歇尔试件

小马歇尔试件在60℃

水溢环境下保温30到40分钟

大马歇尔试件保温45到60分钟

采用马歇尔稳定度仪

测试其位移 荷载变化曲线

该曲线峰值所对应的最大荷载

就为马歇尔稳定度

峰值所对应的位移就为流值

通常情况下马歇尔稳定度越大

流值越小荷载稳定性越好

近年来的研究表明

马歇尔稳定度的力学状态

与实际路面存在较大差别

稳定度和流值指标

与实际路面病害之间的关联性不强

所以 为了更好的评价沥青混合料的路用性能

还需要开展高低温和水稳定性实验

高温稳定性是沥青混合料

抵抗车辙 推挤 拥包等高危病害的能力

实验评价方法众多

比如轮辙试验 剪切试验

蠕变试验和足尺试验

其中轮辙试验方法简单便于操作

是目前国内外应用最为广泛的一种实验方法

一般采用轮碾法成型

长宽300mm高50mm的板式试件

利用车辙仪的橡胶轮胎模拟汽车轮胎

接触压力为0.7MPa

与实际路面承受的行车荷载压强保持一致

标准试验温度为60摄氏度

以模拟最不利的温度情况

橡胶轮胎在试件表面做往复运动

每分钟作用42次实时采集

试件表面的车辙深度

绘制时间车辙深度的关系曲线

该曲线可以分为非线性增长

和线性增长两个阶段

其中线性变化

是我们重点关注的发展阶段

可以采用直线两点求斜率的方法

得到不同类型沥青混合料

车辙深度随时间的增长率

该斜率越大车辙增长越快

在实际应用中取斜率的倒数

并引录荷载往复速率的参数

提出了动稳定度评价指标DS

其物理意义为产生1mm车辙

所需要的车轮作用次数

动稳定度越大

表明沥青混合料的高温稳定性越好

同学们根据图中所示的

AB两类沥青混合料的实验曲线

可以判断一下哪一种沥青混合料的

高温稳定性越好呢

影响高温稳定性因素

我们又可以归纳为内外两大类

内部因素包括原材料性质和组成比例

路面结构组合以及施工情况

外部因素主要包括行车荷载和温度条件

请同学们在课后查阅相关资料

归纳总结内外因是如何影响

沥青混合料的高温稳定性

低温稳定性能是沥青混合料

抵抗低温收缩或者低温疲劳收缩的能力

实验评价方法包括

预估开裂温度 评价低温变形能力

或者松弛能力

评价断裂能等三种方法

具体包括直接或间接拉伸试验

应力松驰试验 低温收缩试验

低温弯曲或者蠕变试验

以及约束试件温度应力试验等等

其中低温弯曲或者蠕变试验

是我国现行规范推荐的试验方法

低温弯曲蠕变试验 以蠕变变形速率

评价低温变形与松弛能力

首先成型长宽300mm高50mm的板式试件

沿成型方向切割得到

长250mm宽30mm高35mm的棱柱体试件

在零摄氏度条件下

以50mm每分钟的速率施加荷载

实时采集试件的蠕变变形

并绘制时间与变形的关系曲线

通常情况下

该曲线可以分为 迁移期稳定期

和破坏期 三个阶段

其中稳定期蠕变变形线性增长

是我们重点关注的发展阶段

可以采用弯曲蠕变变形速率指标

来评价其低温变形能力

弯曲蠕变速率越大

变形能力越大

低温抗裂性能越好

低温弯曲试验

以破坏应变评价低温变形能力

采用与弯曲蠕变相同的方法

制备棱柱体试件

在零下十摄氏度的条件下

以五十毫米每分钟的速率施加荷载

直至破坏

实时采集数据

绘制应力应变关系曲线

该曲线峰值所对应的最大荷载

为破坏强度

峰值所对应的最大位移

为破坏应变

也可以根据破坏强度

和应变计算得到破坏劲度模量

这三个指标都可以用来

评价沥青混合料的低温稳定性

但有时评价结果之间存在自相矛盾的情况

在我国现行规范中

推荐采用破坏应变为评价指标

破坏应变越大 低温韧性越强

抗裂性能越好

影响低温稳定的因素

主要与沥青的低温劲度 矿料级配

和环境因素有关

比如沥青的低温劲度小

变形能力强

密级配沥青混合料的低温性能

一般优于开级配

环境温度越低 降温幅度越大

越容易发生低温开裂

水稳定性是沥青混合料抵抗

松散 剥落 坑洞 坑槽的一种能力

因为水的浸蚀或冻融作用

使沥青膜从集料表面脱落

造成松散以后松散的颗粒

会被汽车轮胎所带走

进一步向宽度 深度方向发展

进而形成坑洞 坑槽

在前述章节中

我们讨论过可以根据沥青

集料的粘附性试验进行粘附性等级评价

在一定程度上反映了沥青混合料的水稳定性

但该指标并不全面

在我国现行规范中

更多采用的是

浸水前后或者冻融前后

沥青混合料的性能对比

来评价其水稳定性

比如说浸水马歇尔试验 冻融劈裂试验

浸水马歇尔试验采用

常规马歇尔试件

但是需要在60摄氏度条件下

保温48小时

测试试件的马歇尔稳定度

再将浸水马歇尔稳定度

与常规马歇尔稳定度

做一个比值

提出残留稳定度指标

残留稳定度越大水稳定性越好

冻融劈裂试验采用常规劈裂试件

但需要在真空保水情况下

在零下18度冰冻16小时

60摄氏度浸泡24小时后

测试试件的劈裂强度

再将冻融劈裂强度

与常规劈裂强度做一个比值

以冻融劈裂强度比

作为指标评价水稳定性

冻融劈裂强度比越大

水稳定性越好

这两例方法在我国都有应用

一般情况下两者评价结果的

相关性较好

但有时会存在自相矛盾的情况

此时可根据实际工程项目

所在的地区气候条件

选择合适的评价方法

比如气候严寒地区存在着

冻融循环作用

建议以冻融劈裂强度比为依据

高温多雨地区

冻融循环作用不显著

建议以残留稳定度为依据

影响水稳定性的因素

与沥青与矿料的性质

混合料类型 施工质量

和路面排水 密切相关

一般说来沥青与集料的黏附性越好

沥青用量越多 混合料越密实

水稳定性越好

而路面排水性越好

则越有利于提高水稳定性

综上所诉

沥青混合料的基本路用性能

主要包括

荷载稳定性 高温稳定性

低温稳定性 和水稳定性等方面

可以采用马歇尔稳定度

冻稳定度 低温破坏应变

已经残留稳定度 冻融劈裂强度比

等指标予以评价

那么在实际使用中

对这些基本路用性能

有什么样的技术要求

如何设计出

满足性能要求的沥青混合料呢

我们下一讲再见