基于DSR 的沥青砂浆疲劳特性研究

焦华丽

林同国际工程咨询（中国）有限公司（401121）

0 前言

沥青混合料作为沥青路面的主要材料，其性能直接影响沥青路面的使用性能。然而在疲劳损伤过程中，裂纹的萌生及延伸主要在沥青砂浆中进行，因此分析沥青砂浆疲劳特性对细观层面研究沥青混合料的损伤机理有重要意义。

沥青砂浆主要由粒径小于4.75 mm 的细集料、矿粉、沥青及空隙组成，起到黏结粗集料及填充粗集料空隙的作用，是沥青混合料细观结构中重要的组成成分。国外研究者对沥青砂浆的流变特性、疲劳特性及水损性能进行了大量的研究。与国外相比，国内对于沥青砂浆的制备工艺、性能评价到与沥青混合料性能建立联系等方面的研究相对较少，缺乏针对沥青砂浆最大粒径选择、 沥青用量控制、制备工艺、性能评价到建立与混合料性能定量构效关系的系统研究体系。

文章从沥青砂浆的材料选择、制备工艺、性能研究等角度详细分析了沥青砂浆的研究现状，提出未来沥青砂浆的研究趋势，以期为沥青混合料的疲劳损伤机理后续研究提供一定参考。

1 沥青砂浆材料特性

1.1 最大粒径

胶体理论认为，沥青砂浆由填料、细集料、细集料界面区沥青、 有效沥青及临界尺寸之下空隙组成。You 等人将沥青砂浆分为粗粒式沥青砂浆（通过2.36 mm 筛网）和细粒式沥青砂浆（通过0.6 mm筛网）；Freire 对比分析了三种最大粒径 （4.00 mm、2.00 mm、1.18 mm）FAM 的性能；钱国平[1]研究了粒径效应对沥青砂浆力学性能的影响。上述对于表征沥青混合料性能的沥青砂浆最大粒径的研究存在不确定性。

1.2 沥青用量

Castelo Branco 等人利用沥青混合料中粒径小于1.18 mm 集料中沥青含量与沥青砂浆沥青含量保持一致原则确定相应的沥青砂浆沥青用量；Coutinho 等人分别采用溶剂萃取和煅烧沥青混合料中细粒径部分沥青含量来确定沥青砂浆的沥青用量。Freire 等人基于Coutinho 的方法考虑了粗集料表面黏附的细集料确定相应沥青砂浆的沥青用量。但是这些方法的重复性相对较差，目前尚未有标准的确定沥青砂浆的沥青用量的统一方法。

2 沥青砂浆制备工艺

2.1 旋转压实

根据砂浆形状包括两种制备方法，旋转压实后钻芯出圆柱形试件和旋转压实后切割成矩形试件。针对圆柱形试件，首先利用旋转压实仪成型为直径为100 mm 或者150 mm 的圆柱形试件，然后利用钻芯机及切割机获取一定直径及高度的试样，高度通常由45～50 mm，直径由12～20 mm；针对矩形试件，一些学者将直径为100 mm 的旋转压实件切割成50 mm×10 mm×6 mm 的矩形砂浆试件，也有学者将直径为150 mm 的旋转压实件切割成50 mm×12 mm×10 mm 的矩形砂浆试件。虽然旋转压实的试验流程相对标准，但是切割或者钻取砂浆试件的过程具有复杂性，因此制定标准的钻芯及切割方法尤为重要。

2.2 静压成型

静压成型方法是一种新的制备沥青砂浆的方法，需要设计新的微型击实仪，具有节省制备材料和制备时间的作用。与旋转压实成型方法一样，研究者同样采用圆柱形和矩形设计沥青砂浆静压成型模具。圆柱形试件高度尺寸 30～75 mm、12～12.5 mm；矩形试件长 50～60 mm，宽 10～12.5 mm，高 6～6.5 mm。

3 沥青砂浆疲劳特性分析

对于沥青混合料而言，在整个疲劳过程中，粗集料由于强度高而几乎不发生破坏，疲劳裂缝的产生、发展等行为均在沥青砂浆结构中进行，因此研究沥青砂浆的疲劳特性更具有实际意义。Kim 等人采用沥青砂浆来研究沥青混合料疲劳裂缝演化过程，得出沥青砂浆疲劳特性与沥青混合料的性能具有相似性。以上研究未考虑间歇时间对沥青砂浆疲劳特性的影响。研究具有间歇时间的荷载作用下沥青砂浆疲劳特性更具实际意义。因此有学者开始研究不同愈合温度、间歇时间等因素对沥青砂浆疲劳自愈特性的研究。

4 结语

国内外学者已针对沥青砂浆的材料选择、制备工艺、疲劳特性开展大量的研究，但是缺乏系统的研究体系，导致沥青砂浆这一体系的研究方法及研究结果尚未统一，未来确定合理的沥青砂浆沥青用量、粒径选择、空隙控制以及制备工艺具有极其显著的发展前景，有助于从多角度精准揭示沥青混合料的疲劳损伤特性。