不同膠結料的大粒徑瀝青混合料三軸試驗

王寶同，王曉燕

（1.山東泰和公路工程有限公司，山東 淄博 256410；2.山東省交通科學研究院，山東 濟南 250031）

引言

瀝青路面是目前應用最廣泛的路面形式，但是存在高溫產生變形和低溫產生開裂等破壞現(xiàn)象。對于夏季高溫時，主要是因為瀝青混合料抗剪強度不足造成的；對于冬季低溫時，主要是因為瀝青混合料抗拉強度不足。Mohr-Coulomb 強度理論認為瀝青混合料的強度是由黏聚力和內摩擦角構成[1]。瀝青混合料的基本力學特性表現(xiàn)為彈黏性，強度的影響因素很多，主要是受加載速率、溫度變化的影響，其強度值與瀝青用量、試驗設備和方法、級配以及試驗條件等也有密切的關系。同時對于不同的試驗中試件的受力狀態(tài)不同，材料強度的性質也不相同[2]。

1 瀝青混合料強度理論

抗剪強度通過三軸試驗方法應用Mohr-Coulomb理論包絡線方程:

外力作用下材料不發(fā)生剪切滑動應具備條件：

式中：τ—外荷作用時，在某一面上產生的剪應力，kPa；c—材料的黏聚力，kPa；σ—外荷產生的正應力，kPa；φ—材料的內摩阻角，°。

2 三軸試驗

2.1 三軸試驗簡介

瀝青混合料三軸試驗的原理是使瀝青混合料試件處于三向受力狀態(tài)，與道路路面的實際受力基本相符，同時假定瀝青混合料是性質均勻的材料，通過摩爾理論進行瀝青混合料的抗剪性能的測試和計算，求出抗剪參數(shù)黏結力和內摩擦角。試驗采用以氣體為壓力的儀器，主要由圍壓施加系統(tǒng)、壓力室、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)等組成。

2.2 試驗結果

采用旋轉壓實成型取芯，然后切割為直徑100 ±2.0 mm、高150±2.0 mm 的圓柱體試件。試驗溫度40±1 ℃，圍壓宜為4 級，分別為0 kPa、138 kPa、276 kPa 和414 kPa，按恒定的加載速率施加軸向荷載，使得軸向變形率恒定在0.05 mm/min，對于高度 150 mm 試件相當于加載速度7.5 mm/min。

試驗采用MAC 改性瀝青、SBS 改性瀝青、70#基質瀝青和橡膠改性瀝青，用旋轉壓實成型大粒徑瀝青混合料。四種瀝青膠結料的運動黏度見圖1。橡膠瀝青的黏度最大，MAC 瀝青與之相接近，70#基質瀝青為最小。

圖1 四種膠結料運動黏度比較

通過試驗得出MAC 改性瀝青混合料抗剪強度指標見表1。從數(shù)據(jù)變化可以看出，隨著圍壓的增大，第一主應力與第三主應力的差值也相應增大，同時破壞時的最大豎向荷載也相應增加，當圍壓增至 414 kPa 時，破壞力的增幅為最大，說明在路面設計及施工過程中，應保證大粒徑瀝青混合料合理的級配設計和充分的壓實，為瀝青路面提供足夠的邊界約束，實現(xiàn)提高瀝青混合料承載能力的重要因素。

表1 MAC 改性瀝青混合料抗剪強度指標

2.3 抗剪強度比較分析

四種不同膠結料瀝青混合料在414 kPa 圍壓下的抗剪強度見圖2、圖3?？梢钥闯觯S著瀝青膠結料黏度的增加，瀝青混合料的抗剪強度由于改性瀝青黏度增加，混合料抗剪強度參數(shù)c 值增加，混合料破壞時的抗剪強度均有所提高，其中MAC 改性瀝青在破壞時主應力、其抗剪強度優(yōu)于SBS 改性瀝青，橡膠瀝青由于黏度最高，整體抗剪性能均優(yōu)于其他三類膠結料。

圖3 不同膠結料瀝青混合料破壞抗剪強度分布比較

3 結語

（1）瀝青混合料的三軸試驗能明顯地體現(xiàn)出不同膠結料的瀝青混合料的抗剪強度大小。（2）隨著瀝青膠結料黏度的增加，瀝青混合料的抗剪強度逐漸增大，抗剪性能增強。