不同胶结料的大粒径沥青混合料三轴试验

王宝同，王晓燕

（1.山东泰和公路工程有限公司，山东 淄博 256410；2.山东省交通科学研究院，山东 济南 250031）

引言

沥青路面是目前应用最广泛的路面形式，但是存在高温产生变形和低温产生开裂等破坏现象。对于夏季高温时，主要是因为沥青混合料抗剪强度不足造成的；对于冬季低温时，主要是因为沥青混合料抗拉强度不足。Mohr-Coulomb 强度理论认为沥青混合料的强度是由黏聚力和内摩擦角构成[1]。沥青混合料的基本力学特性表现为弹黏性，强度的影响因素很多，主要是受加载速率、温度变化的影响，其强度值与沥青用量、试验设备和方法、级配以及试验条件等也有密切的关系。同时对于不同的试验中试件的受力状态不同，材料强度的性质也不相同[2]。

1 沥青混合料强度理论

抗剪强度通过三轴试验方法应用Mohr-Coulomb理论包络线方程:

外力作用下材料不发生剪切滑动应具备条件：

式中：τ—外荷作用时，在某一面上产生的剪应力，kPa；c—材料的黏聚力，kPa；σ—外荷产生的正应力，kPa；φ—材料的内摩阻角，°。

2 三轴试验

2.1 三轴试验简介

沥青混合料三轴试验的原理是使沥青混合料试件处于三向受力状态，与道路路面的实际受力基本相符，同时假定沥青混合料是性质均匀的材料，通过摩尔理论进行沥青混合料的抗剪性能的测试和计算，求出抗剪参数黏结力和内摩擦角。试验采用以气体为压力的仪器，主要由围压施加系统、压力室、数据采集和控制系统等组成。

2.2 试验结果

采用旋转压实成型取芯，然后切割为直径100 ±2.0 mm、高150±2.0 mm 的圆柱体试件。试验温度40±1 ℃，围压宜为4 级，分别为0 kPa、138 kPa、276 kPa 和414 kPa，按恒定的加载速率施加轴向荷载，使得轴向变形率恒定在0.05 mm/min，对于高度 150 mm 试件相当于加载速度7.5 mm/min。

试验采用MAC 改性沥青、SBS 改性沥青、70#基质沥青和橡胶改性沥青，用旋转压实成型大粒径沥青混合料。四种沥青胶结料的运动黏度见图1。橡胶沥青的黏度最大，MAC 沥青与之相接近，70#基质沥青为最小。

图1 四种胶结料运动黏度比较

通过试验得出MAC 改性沥青混合料抗剪强度指标见表1。从数据变化可以看出，随着围压的增大，第一主应力与第三主应力的差值也相应增大，同时破坏时的最大竖向荷载也相应增加，当围压增至 414 kPa 时，破坏力的增幅为最大，说明在路面设计及施工过程中，应保证大粒径沥青混合料合理的级配设计和充分的压实，为沥青路面提供足够的边界约束，实现提高沥青混合料承载能力的重要因素。

表1 MAC 改性沥青混合料抗剪强度指标

2.3 抗剪强度比较分析

四种不同胶结料沥青混合料在414 kPa 围压下的抗剪强度见图2、图3。可以看出，随着沥青胶结料黏度的增加，沥青混合料的抗剪强度由于改性沥青黏度增加，混合料抗剪强度参数c 值增加，混合料破坏时的抗剪强度均有所提高，其中MAC 改性沥青在破坏时主应力、其抗剪强度优于SBS 改性沥青，橡胶沥青由于黏度最高，整体抗剪性能均优于其他三类胶结料。

图3 不同胶结料沥青混合料破坏抗剪强度分布比较

3 结语

（1）沥青混合料的三轴试验能明显地体现出不同胶结料的沥青混合料的抗剪强度大小。（2）随着沥青胶结料黏度的增加，沥青混合料的抗剪强度逐渐增大，抗剪性能增强。