大粒径沥青碎石柔性基层的力学性能分析

徐 伟 徐明源

(1.浙江大学交通工程研究所，浙江 杭州 310058； 2.杭州市拱墅区市政园林管理所，浙江 杭州 310005)



大粒径沥青碎石柔性基层的力学性能分析

徐 伟1徐明源2

(1.浙江大学交通工程研究所，浙江 杭州 310058； 2.杭州市拱墅区市政园林管理所，浙江 杭州 310005)

针对城市道路养护维修的现状，采用马歇尔试件，通过试验研究了大粒径沥青碎石基层的力学性能，并与传统的水泥稳定碎石基层作了对比，试验结果表明：大粒径沥青碎石基层的抗压回弹模量与劈裂抗拉强度均比水泥稳定碎石基层的高。

大粒径沥青碎石，抗压回弹模量，劈裂抗拉强度，马歇尔试件

近年来，随着城市道路服务年限的增加、城市汽车保有量的增长、车辆大型化的趋势以及人们对道路服务水平要求的不断提高，城市道路的养护维修成为亟需解决的一个重要问题。施工速度快、对交通影响小是城市道路养护维修的基本要求，与传统的无机结合料稳定基层相比，大粒径沥青碎石柔性基层具有工艺简单、前后各工序衔接紧密、结构层早期强度上升快、施工后无需养护方可立即开放交通等优点。大粒径沥青碎石混合料(Large Stone Asphalt Mixes，简称LSAM)是指沥青混合料中矿料的最大公称粒径为25 mm～63 mm，它起初出现的目的是为了应对重载交通。本文以课题组前期研究为基础，对大粒径沥青碎石柔性基层的抗压强度和抗拉强度进行试验研究，并与水泥稳定碎石基层的抗压强度和抗拉强度对比分析。

1 研究概况

国内对大粒径沥青稳定碎石柔性基层已经有了一部分的研究。东南大学杨群[1]从设计角度对沥青稳定碎石基层进行了研究，完善了适用于我国高速公路实际情况的沥青稳定碎石柔性基层的质量控制指标，提出了沥青稳定基层混合料的组成设计方法。长安大学袁宏伟[2]通过对沥青稳定碎石基层材料的研究，证明了沥青稳定碎石路面的低温抗裂性能优于半刚性基层沥青路面。东南大学的陆长兵[3]通过不同级配、不同公称最大粒径的车辙试验，表明LSAM具有良好的高温抗永久变形性能。

2 试验设计

课题组前期对水泥稳定碎石不同龄期(6 h，12 h，24 h，48 h和72 h)的抗拉回弹模量和间接抗拉强度已进行过专题研究，本文将直接引用试验结果，只进行大粒径沥青碎石柔性基层的试验，并与之对比分析。

在材料、试验仪器、试验方法、试验环境等选择时力争做到相同或相近，减少试验过程引起的误差，增强试验的可比性。每种工况下取3个平行试件，试验结果取其平均值。

2.1 试件尺寸选择

根据美国NCHRP和NCAT的研究成果，试件的最小尺寸不得小于集料最大公称粒径的4倍(NCHRP REPORT,2000)，参照JTG D50—2006公路沥青路面设计规范[4]中“公称最大粒径等于或大于26.5 mm的大粒径沥青碎石混合料宜采用大型马歇尔试件进行试验，其试件尺寸为152 mm×95.3 mm”的规格，本试验采用152 mm×95.3 mm的大型马歇尔试件。

2.2 加载过程

抗压回弹模量采用单轴压缩试验(圆柱体法)测定(如图1所示)，间接抗拉强度采用劈裂试验测定(如图2所示)，具体试验步骤详见JTG E20—2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程[5]。

大粒径沥青碎石试件的抗压回弹模量按式(1)计算：

(1)

式中：P5——施加于试件的第5级荷载值(0.5P)；

P——试件压缩实验极限荷载，N；

E——抗压回弹模量，MPa；

h——试件轴心高度，mm；

d——试件直径，mm；

ΔL5——相应于第5级荷载时经原点修正后的回弹变形。

大粒径沥青碎石试件的劈裂抗拉强度按式(2)计算：

RT=0.004 25PT/h

(2)

式中：RT——劈裂抗拉强度，MPa；

PT——试验荷载的最大值，N；

h——试件高度，mm。

3 试验结果分析

3.1 抗压回弹模量分析

不同温度(0 ℃，10 ℃，15 ℃，20 ℃，30 ℃)下大粒径沥青碎石试件的抗压回弹模量如表1，图3所示。

表1 不同温度下大粒径沥青碎石抗压回弹模量和劈裂强度

由表1可知，试验温度为20 ℃时，大粒径沥青碎石的抗压回弹模量为1 890 MPa，而水泥稳定碎石72 h的抗压回弹模量为1 656 MPa[6]，大粒径沥青碎石的抗压回弹模量比水泥稳定碎石大14.1%。表明大粒径沥青碎石柔性基层具有较好的抗压性能，避免采用半刚性基层养护维修时间长、早期强度较小等缺点，从而能够在保证道路使用性能的同时提前开放交通。

3.2 劈裂抗拉强度分析

不同温度(0 ℃，10 ℃，15 ℃，20 ℃，30 ℃)下大粒径沥青碎石试件的劈裂抗拉强度如表1，图4所示。

表1显示，试验温度为15 ℃时，大粒径沥青碎石的劈裂抗拉强度为2.07 MPa，且随着温度的降低，抗拉强度大幅度提高。而水泥稳定碎石72 h的间接抗拉强度为0.718 MPa[6]，大粒径沥青碎石的劈裂抗拉强度是水泥稳定碎石劈裂抗拉强度的2.88倍。表明大粒径沥青碎石柔性基层具有较好的低温抗裂性能，能够在低温条件下保持良好的路用性能。

4 结语

本文采用大型马歇尔试件，通过单轴压缩试验(圆柱体法)和劈裂试验分别对大粒径沥青碎石的抗压回弹模量和间接抗拉强度进行试验，并与水泥稳定碎石的力学性能对比分析，得出以下结论：

1)试验温度为20 ℃时，大粒径沥青碎石的抗压回弹模量为1 890 MPa，比水泥稳定碎石72 h的抗压回弹模量高出14.1%。试验温度为15 ℃时，大粒径沥青碎石的劈裂抗拉强度为2.07 MPa，是水泥稳定碎石72 h的劈裂抗拉强度的2.88倍。随着温度的降低，大粒径沥青碎石的力学性能更加优越。

2)与水泥稳定碎石基层相比，大粒径沥青碎石柔性基层具有优越的力学性能，可替代传统的水泥稳定碎石基层，广泛应用于城市道路基层维修工程。

[1] 杨 群.高速公路沥青稳定基层结构与设计方法研究[D].南京:东南大学,2001.

[2] 袁宏伟.沥青稳定碎石基层材料设计方法研究[D].西安:长安大学,2003.

[3] 陆长兵.大粒径沥青稳定碎石基层性能研究[D].南京:东南大学,2003.

[4] JTG D50—2006,公路沥青路面设计规范[S].

[5] JTG E20—2011,公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].

[6] 顾 吟,方 辉,王金昌.水泥稳定碎石基层早期力学监测及数值模拟分析[J].公路交通科技(应用技术版),2013,8(104):51-53.

The mechanical property analysis on large size asphalt gravel flexible foundation

Xu Wei1Xu Mingyuan2

(1.TrafficEngineeringResearchInstitute,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China; 2.HangzhouGongshuDistrictMunicipalGardenManagementOffice,Hangzhou310005,China)

According to the maintenance and repair current situation of urban road, this paper used the Marshall specimen, through the experimental researched the mechanical property of large size asphalt gravel foundation, and compared with traditional cement stabilized gravel foundation, the results showed that the compression modulus and resilience and splitting tensile strength of large size asphalt gravel foundation both higher than cement stabilized gravel foundation.

large size asphalt gravel, compression modulus, resilience and splitting tensile strength, Marshall specimen

1009-6825(2016)11-0149-03

2016-02-02

徐 伟(1983- )，男，工程师

U416.213

A