冰冻作用下沥青混合料性能衰减研究

曹长义

(衡水公路工程总公司，河北 衡水 053000)

0 前言

我国云贵高原、西北、东北部分地区由于海拔高、地表温度变化剧烈，属于典型的季节性冰冻区，冰冻现象十分普遍，冰冻使沥青路面强度降低，沥青与骨料分离［1］，路面出现坑槽、开裂等破坏［2］。对于冰冻作用下沥青混合料性能，国内学者做了大量的研究工作，司伟［3，4］等研究了冻融循环作用下沥青混合料的抗压性能和劈裂性能;陆飞［5］研究了温度循环作用下沥青混合料的抗压性能。可以看出目前的研究主要都集中于冻融循环作用下沥青混合料某一方面的性能，而对多项性能指标进行整体研究至今依然较少。基于此，本文通过试验，研究了冻融循环次数对沥青混合料力学性能、高温性能、低温性能和水稳定性的影响，为进一步研究沥青混合料的抗冻性能提供参考。

1 试验

1.1 原材料

沥青选用SBS 改性沥青，其基本技术指标见表1。集料选用玄武岩，矿粉为磨细的石灰石粉，其各项指标均能满足规范要求。混合料级配采用AC－13，并以其级配上限和下限的中值作为合成级配，具体见表2。

表1 AS90#的基本技术指标

表2 沥青混合料合成级配

1.2 试验方法

将所有试件在－5 ℃条件下冷冻5 h 后，取出在常温水中融化7 h，视为1 次冻融循环。然后按规范要求分别进行抗压强度及回弹模量试验、马歇尔试验、低温劈裂强度试验、浸水马歇尔试验及冻融劈裂试验，用以评价沥青混合料的力学性能、高温性能、低温性能和水稳定性。

2 试验结果及分析

2.1 力学性能

测定不同冻融循次数下的沥青混合料试件的抗压强度和回弹模量，研究冻融循环次数对力学性能的影响，试验结果见图1。

图1 不同冻融次数下沥青混合料力学性能试验结果

从图1可以看出，随着冻融循环次数的增多，沥青混合料的抗压强度和回弹模量都逐渐降低，其中当冻融循环次数小于12 次时，随着冻融循环次数的增多，抗压强度和回弹模量的降低幅度较大，而当冻融循环次数大于12 次时，两者随冻融循环次数的增多趋于稳定。例如当冻融循环次数由0 次增大到12 次和20 次时，抗压强度分别从4.52 MPa 降低至2.71 MPa 和2.39 MPa。这是因为，冻融作用使沥青混合料内部体积膨胀，造成内部结构损伤，且随着冻融循环次数的增多，损伤逐步累积扩展，沥青混合料承载力下降，因此抗压强度和回弹模量降低，当冻融循环次数大于12 次时，内部损伤趋于稳定，因此抗压强度和回弹模量也趋于稳定。

2.2 高温性能

利用高温车辙试验，测定不同冻融循次数下的沥青混合料试件的动稳定度，研究冻融循环次数对沥青混合料高温稳定性的影响，试验结果见图2。

从图2可以看出，沥青混合料的动稳定度随着冻融循环次数的增多逐渐减小，沥青混合料高温稳定性降低。其中动稳定度随冻融循环次数的变化幅度较小，冻融20 次后，沥青混合料的稳定度为1 015次/mm，依然大于规范要求的800 次/mm。说明冻融循环对沥青混合料的高温稳定性影响不是很明显。

图2 冻融次数对动稳定度的影响

2.3 低温性能

测定不同冻融循次数下的沥青混合料试件的劈裂强度和劲度模量，研究冻融循环次数对低温性能的影响，试验结果见图3。

图3 不同冻融次数下沥青混合料低温性能试验结果

从图3可以看出，沥青混合料的劈裂强度和劲度模量随冻融循环次数的变化较为平缓，低温性能随冻融循环次数的变化规律与力学性能相似，前8次冻融循环导致沥青混合料低温性能衰变较快，沥青混合料内部损伤处于快速发展阶段，12 次冻融循环后，内部损伤趋于稳定，低温性能趋于平缓。

2.4 水稳定性

测定不同冻融循次数下的沥青混合料试件的冻融劈裂强度比和残留稳定度，研究冻融循环次数对水稳定性的影响，试验结果见图4。

图4 不同冻融次数下沥青混合料水稳定性试验结果

从图4可以看出，沥青混合料的冻融劈裂强度比和残留稳定度随冻融循环次数的增多整体呈减小趋势，其中冻融劈裂强度比的变化可以分为两个阶段:当冻融循环次数由0 次增大至8 次的过程中，冻融劈裂强度比大幅降低，8 次之后降低趋势趋于稳定。这主要是因为，当冻融循环小于12 次时，随着冻融循环次数的增多，由于温度变化引起的膨胀逐渐增大，沥青混合料内部裂缝逐渐扩展，加之水对沥青和骨料界面的侵蚀，水稳定性大幅降低。而当冻融循环次数大于12 次时，由于膨胀引起的损伤趋于稳定，此时沥青混合料的水稳定性主要受水对沥青和骨料界面侵蚀的影响，因此冻融劈裂强度比趋于稳定。

3 结论

1)沥青混合料力学性能和低温性能随冻融循环次数的变化规律相似，第8 次冻融循环之前力学性能和低温性能衰变的幅度较大，12 次冻融循环之后，力学性能和低温性能趋于稳定。

2)随着冻融循环次数的增多，沥青混合料的动稳定度逐渐减小，但减小幅度较小，20 次冻融循环后，动稳定度为1 015 次/mm，依然大于规范要求的800 次/mm。说明冻融循环对沥青混合料的高温稳定性影响不是很明显。

3)沥青混合料水稳定性随冻融循环的变化可以分为两个阶段，第一阶段水稳定性的衰减是由于沥青混合料冻融损伤和水的侵蚀双重作用引起的;第二阶段的衰减主要是由水的侵蚀作用引起的。

［1］谭忆秋，赵立东，蓝碧武，等.反复凝冰作用下沥青混合料性能研究［J］.建筑材料学报，2011，14(6):761 －766.

［2］程永春，张 鹏，焦峪坡，等.水－温－光循环作用下沥青混合料性能衰减研究［J］.哈尔滨工程大学学报，2013，34(8):990 －994.

［3］司 伟，马 骉，肖 楠，等.高原寒冷地区沥青混合料冻融循环作用下的抗压性能［J］.公路交通科技，2013，30(4):6 －10.

［4］司 伟，马 骉，汪海年，等.高原寒冷地区沥青混合料冻融循环作用下劈裂性能分析［J］.武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2013，37(4):805 －808.

［5］陆 飞.季冻区温度循环作用下沥青混合料抗压性能试验研究［J］.中外公路，2012，32(6):263 －266.