高弹改性沥青应力吸收层疲劳性能试验研究

林雪花

摘要：对高弹改性应力吸收层进行沥青和沥青混合料两个方面的疲劳试验;采用G×sinδ疲劳因子和弹性恢复来评价高弹改性沥青的抗疲劳性能;采用冲击韧性试验和四点弯曲疲劳试验验证混合料的抗疲劳性能，发现二者之间具有良好的相关性;同时将高弹改性沥青的各项疲劳指标和70#基质沥青与SBS改性沥青进行比较，结果表明：高弹改性沥青具有出色的抗疲劳能力，可有效减少和延缓沥青加铺层反射裂缝的发生，延长路面的使用寿命。

关键词：高弹改性沥青;应力吸收层;冲击韧性;四点弯曲疲劳试验

旧水泥混凝土路面加铺一直是道路领域中未能很好解决的问题。由于旧的水泥混凝土路面强度高，刚度大，在其上加铺沥青面层后，由于对水泥混凝土的病害如裂缝、断板等处理不当，在车辆荷载的作用下，下层的裂缝就会很快出现在沥青面层;大量工程实例证明，盲目地增加加铺层的厚度并不能从根本上解决裂缝的问题。而高弹改性沥青具有良好的弹性恢复和抗疲劳能力，工程应用中，在水泥路面和沥青加铺层间设置高弹应力吸收层，可以有效减缓反射裂缝的发展和发生，延长道路的使用寿命。

1 高弹沥青疲劳性能

美国SHRP研究成果表明，沥青对疲劳的贡献率为52%，因此，沥青性能的好坏直接决定了应力吸收层性能。采用动态剪切流变试验（DSR）得到的损失剪切模量G×sinδ和沥青弹性恢复能力作为评价高弹改性沥青疲劳性能的指标。同时与70#基质沥青和SBS改性沥青进行比较来研究高弹改性沥青。

1.1 高弹沥青弹性恢复

3min的弹性恢复与冲击韧性试验有很好的相关性，相关系数可以达到0.9966，同时，冲击韧性试验与疲劳寿命有很好的相关性，因此，沥青的弹性恢复与疲劳寿命有很好的相关性，可以采用3min弹性恢复作为评价高弹改性沥青疲劳性能的指标。对高弹改性沥青、70#基质沥青、SBS改性沥青进行试验，结果见表1。

1.2 高弹沥青疲劳因子

美国SHRP沥青路用性能规范中采用损失剪切模量G×sinδ作为研究沥青疲劳性能的指标，较小的G×sinδ数值代表较好的疲劳性能。JTG D50-2006《公路沥青路面设计规范》中沥青面层的容许拉应力指标采用15℃疲劳试验的参考值，同时也为了和沥青混合料试验采用的温度一致，选择15℃作为高弹沥青、70#基质沥青、SBS改性沥青动态剪切的扫描温度。结果见表2。

从表2可以看出，对于高弹改性沥青，经过RT-FOT老化后，其G×sinδ要小于SBS改性沥青和70#基质沥青，这表明高弹沥青的抗疲劳性能较好。

2 高弹改性沥青混合料疲劳性能试验

2.1 沥青混合料配比

试验沥青材料采用一种高弹改性沥青，AH-70#基质沥青和SBS改性沥青;集料某石场的花岗岩，混合料马歇尔试验结果见表3。按马歇尔方法确定应力吸收层最佳油石比为9%，考虑到应力吸收层的油石比较高，采用旋转压实成型试件。

2.2 四点弯曲疲劳试验

2.2.1 试验设计

一般制作的疲劳试件因为难以准确控制试件的空隙率，试件的制作质量得不到保证。试验采用的集料均经过水洗筛分，在（105±5）℃烘干至恒重，逐级筛分并按级配要求严格配料。同时通过控制轮碾板高度来成型试件，这样可以通过控制料重和轮碾板体积计算出毛体积相对密度，从而换算出空隙率，得到比较准确的控制。采用芬兰生产的振动轮碾成型设备碾压出尺寸为400mm×300 mm×75 mm的试件，然后切割成385 mm×65 mm×50 mm的标准四点弯曲小梁。试验采用应变控制方式，高弹沥青采用应变水平为2000με;加载采用正弦波，试验频率为10Hz;试验温度为15℃;试验破坏准则：初始劲度模量50%为破坏临界点。制作4个疲劳弯曲试件，然后根据∣实测值-平均值∣≤1.46倍标准差，判断数据的有效性，将无效的数据点去除，再计算其平均值。

2.2.2 试验结果分析

3种沥青混合料试件试验结果见表4。从表4可以看出，高弹沥青的疲劳寿命即使在2000με的应变水平下，仍然要比70#基质沥青在200με应变水平下的疲劳寿命高2.5倍，比600με应变水平的疲劳寿命高40.9倍。是SBS改性沥青600με应变水平下的疲劳寿命的3.03倍，由此可知，高弹改性沥青在小应变水平下的疲劳寿命比基质沥青和SBS改性沥青表现得更好。亦说明高弹改性沥青在同一应变水平下不会比基质沥青和SBS改性沥青先损坏。

2.3 冲击韧性疲劳试验

2.3.1 试验设计

冲击韧性试验是一种简单易行的可用来评价沥青混凝土抵抗反射裂缝能力的试验方法。选用目前常用的混合料类型，通过进行大量试验论证得出冲击韧性与疲劳寿命之间具有很好的相关性;即可以使用冲击韧性来反映混合料的疲劳寿命。应用轮辗成型法制作30cm×30cm×5cm 的沥青混合料试件，然后将成型好的试件切割成25cm×3.5 cm×3.5 cm的小梁，将制作好的沥青混凝土棱柱体试件放置于已达规定温度的恒温水槽中养护2-4h。调整压力机，设定加载速率为500mm/min;将小梁从水浴中取出，做三点弯曲试验至试件断裂。需要注意的是整个过程须迅速完成，从恒温水浴中取出试件到试验结束不能超过1min，尽量避免小梁从水浴中取出以后温度发生改变;测定12组数据，然后根据∣实测值-平均值∣≤2.03倍标准差，判断数据的有效性，将无效的数据点去除，再计算其平均值。

2.3.2 试验结果分析

冲击韧性试验结果结果见表5。

从表5可以看出，高弹改性沥青混合料的冲击韧性远大于SBS改性沥青和70#沥青，分别是二者的1.5和2.23倍。反映出高弹改性沥青较SBS改性沥青和70#基质沥青具有良好的抗疲劳性能。

2.4 弯曲试验与冲击韧性试验结果分析

沥青混合料冲击韧性试验与四点弯曲试验测定的疲劳寿命结果见表6。

由表6结果可以发现：高弹改性沥青比基质沥青和SBS改性沥青具有更好的抗疲劳能力。对于冲击韧性，相对于SBS改性沥青和70#基质沥青其可以提高1.5倍左右;对于四点弯曲疲劳试验，在施加大于SBS和70#基质沥青所施加的应力水平下仍能表现出远超过二者的疲劳寿命。但是也应该注意到该试验只是针对于高速加铺项目中遇到的瀝青种类进行比较，至于对更广泛的沥青品种和级配类型，有待进行更多的试验进行验证。

3 结语

该文对高弹沥青和沥青混合料分别进行了疲劳试验，选用美国SHRP成果中的疲劳因子G×sinδ和3min弹性恢复作为高弹沥青疲劳性能的评价指标，选用四点弯曲和冲击韧性试验作为高弹沥青混合料疲劳性能的评价指标，同时对比70#基质沥青和SBS改性沥青，充分展现高弹沥青良好的抗疲劳性能。在高速公路旧路面加铺沥青层项目中，使用该类型应力吸收层，收到了良好的效果。

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