沥青胶浆抗疲劳试验研究

湖南交通科技

HUNANCOMMUNICATIONSCIENCEANDTECHNOLOGY

Vol.35No.2

Jun.2009

文章编号:1008Ο844X(2009)02Ο0005Ο02

沥青胶浆抗疲劳试验研究

王晚华

(湖南省高速公路管理局,湖南长沙　410016)

　　摘　要:通过采用可以有效避免实验时样品夹头部位的应力集中的新方法制备得到沥青胶浆实验样品,使用DSR对样品进行时间扫描,加载循环震荡应力,研究沥青胶浆的抗疲劳性

能,得出了一些结论。

关键词:沥青胶浆;抗疲劳性能;残余疲劳寿命　　中图分类号:U416.217文献标识码:B　

价沥青的疲劳性能。实验分别使用重交AH70沥青

和PG70—28SBS改性沥青,同时沥青胶浆的粉胶质量比固定为1.0进行试样的制备。重点研究温度、频率、应力水平对沥青胶浆的流变性能的影响,并在此基础上建立评价沥青胶浆疲劳性能的模型;比较沥青老化对沥青胶浆的具体影响,由于DSR是在线性粘弹性范围内研究沥青的疲劳性能,基质沥青的线性粘弹性范围较小,因此,在AH70的疲劳性能试验中,定应变采用0.5%的应变水平。而改性沥青的线性粘弹性范围较大,因此,在PG70—28的疲劳性能试验中,定应变采用2%的应变水平。1.2　DSR沥青胶浆抗疲劳试验用样品的制备

0　引言

沥青路面的疲劳破坏是重复交通荷载作用导致的最常见最复杂的破坏形式之一,胶浆在混和料中所占比例不大,但对路面性能起着十分重要的作用。根据SHRP研究结果,沥青对于高温车辙的贡献率为29%,对疲劳的贡献率为52%,对温度裂缝的贡献率为87%。法国道桥中心实验室(简称LCPC)通过实验发现,沥青混合料中的疲劳破坏主要是由于沥青胶浆的开裂或者损伤引起的,即认为疲劳产生于胶浆中并在胶浆中扩展。进一步确定了沥青胶浆性能在沥青混合料疲劳特性中所起的重要影响,因此对沥青胶浆的疲劳特性进行研究是非常必要的。

本研究主要采用动态剪切流变仪(DSR)时间扫描实验给沥青胶浆加载循环震荡应力,研究沥青胶浆的抗疲劳性能。

1　DSR沥青胶浆抗疲劳试验

1.1　DSR试验原理

为避免实验时样品夹头部位的应力集中和样品制备时矿粉的分布不均匀,本研究采用特制试模制备DSR沥青胶浆试件。制备过程见图1,为以下的四部:

1)拌制胶浆:基质AH70沥青加热到150℃,SBS改性沥青加热到160℃,慢慢加入矿粉,边加边

本研究利用一种新的方法成型沥青胶浆样品,采用动态剪切流变仪(DSR)时间扫描测试系统来评

搅拌,以防矿粉结团。

2)浇注:基质AH70沥青胶浆加热到160℃,SBS改性沥青胶浆被加热到175℃,然后注入到成

图1　DSR沥青胶浆试件制作过程示意图

　　收稿日期:2009Ο04Ο27

),男,工程师,主要从事高速公路建设与管理。作者简介:王晚华(1976Ο

6　湖南交通科技35卷

型夹具中,在室温中冷却1h。

3)冷却成型:放入环境温度为5℃冰箱中成型试样。

4)脱模:当沥青试样冷却定型后,进行脱模。成型后的实验样品如图1右侧小图所示:高20mm,钢环处直径8mm、高4mm,中间直径6mm。

在实验样品的两端分别有一个钢环,这是考虑到沥青胶浆在受力过程中会产生应力松弛现象。

2　实验结果分析

在DSR时间扫描(重复剪切疲劳实验)中沥青的复合模量是降低的,实验得到的复合模量(相位角)—加载循环次数曲线具有典型的疲劳曲线特征,如图2所示,复合模量对循环加载次数的变化曲线分为3个明显的阶段:初始下降区、平稳区、破坏下降区。相位角对循环加载次数的变化曲线也分为3个明显的阶段:初时上升区、平稳区、破坏上升区。借鉴定义沥青胶浆破坏的其他研究成果,在平稳区到破坏下降区的过渡点,沥青胶浆的各种宏观力学性能发生剧烈的变化,可以看成是沥青胶浆裂纹发生到裂纹扩展的转折点,可以用来定义沥青胶浆的破坏。因此,定义沥青胶浆的破坏也就是在复合模量(相位角)—加载循环次数曲线中沥青胶浆的各种宏观力学性能发生剧烈变化的过渡点。

图3　不同温度点基质沥青疲劳寿命随加载应力的

变化关系

图4　不同温度点改性沥青疲劳寿命随加载应力的

变化关系

力水平对其疲劳寿命有很大的影响,随着应力水平的增加,疲劳寿命剧烈下降,其原因为高应力水平加快了实验样品中破坏累积和扩展的速率,表现为复合剪切模量、相位角等宏观力学性质的剧烈变化。

在0℃到15℃范围内,随着温度升高,AH70沥青胶浆疲劳寿命严格减少;在低应力水平时,温度对AH70沥青胶浆疲劳寿命影响较小,在高应力水平时,温度对AH70沥青胶浆疲劳寿命影响较大,表现为4条疲劳寿命—加载应力曲线之间在低应力水平时的差距较小。

由图4可知,随着温度降低,沥青胶浆疲劳寿命逐渐增加。2.2　沥青老化对胶浆疲劳寿命的影响

本研究使用已制备好的老化沥青成型胶浆试件进行实验,老化前后疲劳寿命数据见图5。由图5可知,AH70经过RTFOT老化后,疲劳寿命仅为原样的50.5%,经过PAV老化后又降为原样的36.9%,表明短期老化及长期老化对AH70残余疲劳寿命影响很大。AH70的疲劳加载时间随着老

(下转第87页)

图2　复合模量(相位角)—加载循环次数曲线

从相位角对循环加载次数的变化曲线中,可以更为直观地看出疲劳破坏点,也就是在试验数据中找到相位角开始发生剧烈变化的转折点。2.1　不同温度下胶浆疲劳寿命与加载应力的关系

分别对AH—70基质沥青和SBS改性沥青在试验温度为0℃、5℃、10℃和15℃条件下,进行频率为10Hz的不同应力水平的疲劳性能实验,采用应力加载模式。对每一个实验记载疲劳破坏时的应力循环加载次数。疲劳寿命与加载应力关系分别见图3、图4。

从图3可以看出AH70沥青实验样品所受的应

2期易济平:非洲加蓬公路施工图设计文件编制要求　87

9)PLAND’ETUDEDUCARREFOURAUPK1ETPK7为该段平交设计图,须特别注意对地形图高

HYDROLOGIQUE与NOTEDECALCUL2STRUC2TURE为所有的计算书,有关水文的、结构的、路基

程点的特别要求,相应的平纵横要求同前所述。10)DONNEESGEOMETRIQUES,SURFACESETCUBATURES为6种与测量、平纵面线形、工程数量等有关的表格,依次为:①导线水准资料表;②Piste的平面线位数据表;③Piste的纵断面设计数据表;④Piste的TABULATION表;⑤Piste的土方数量表;⑥Piste的路面工程数量表,注意要有目录和小标题分开这6种表格,数量表要有逐桩累计和的那种。表格内容要求很详细。

11)AVANTMETRESDETAILLES为工程量清单计算表,要求列表计算表明所有工程量的计算来源依据。

12)NOTEDECALCULHYDRAULIQUEET

路面的所有计算书,注意每段排水沟和边沟要经过

水利计算,桥涵计算书要求是一桥涵一水文计算书一结构计算书,涵洞结构计算书中必须与实际填土高度一致。旧桥涵不论能否利用都须附检测计算鉴定书,做到能否利用有依据。

13)ETATFINANCIER为工程费用计算汇总表,按合同清单里的格式、单价计。

3　结语

本文介绍的情况是根据加蓬LECONI2KABALA公路而言,仅给各位同仁参考。要做到加快设计进度,须入乡问俗,了解清楚情况按要求办事,可以先借套图纸参考。

(上接第6页)

化程度的加深而缩短,表明由老化引起的粘性成分减少和弹性成分增加导致的沥青变硬,使得在应变控制模式下测试的沥青疲劳加载时间下降。

可见,与基质沥青AH70疲劳试验结果相同,紫外光老化对沥青疲劳性能的影响比对其它性能指标的影响大。表明在SBS改性沥青中,老化引起的基质沥青中大分子量沥青质增加与SBS大分子部分裂解为小分子物质的共同作用结果,仍使得在应变控制模式下测试的老化SBS改性沥青残余疲劳寿命下降。

3　结论

1)老化引起沥青硬化,使得在应变控制模式下

测试的沥青胶浆残余疲劳寿命下降。

2)压力老化和紫外光老化对沥青的残余疲劳寿命影响显著。

3)老化前后的SBS改性沥青比相应的基质沥

图5　两种沥青老化前后的寿命对比

使用定应变模式衡量沥青的中温疲劳性能,结

果表明老化导致沥青抵抗重复应变疲劳能力下降。

SBS改性沥青PG76—22的疲劳试验是在温度10℃下,以10Hz频率重复施加2%的恒定应变,进

青疲劳性能好。

4)随着温度降低,沥青胶浆疲劳寿命逐渐增加。

参考文献:

[1]张永满,张宜洛,郑南翔.沥青混合料中沥青胶浆的低温蠕变研

行DSR时间扫描试验。PG70—28原样的残余疲劳寿命最长,其次是RTFOT、PAV,表明紫外光老化导致SBS改性沥青抵抗重复应变疲劳能力显著下降。

究[J].辽宁交通科技,2004(8):30-32.

[2]邹桂莲,张肖宁,韩传代.应用DSR评价沥青胶浆路用性能的研

究[J].哈尔滨建筑大学学报,2001,34(3):112-115.