沥青混合料高温稳定性 高温地区沥青混合料的永久变形分析
中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1007-0745(2012)08-0122-02 摘要：高速公路的永久变形问题在高温地区已经逐渐变的日益突出，因此，本文通过室内试验在高温环境下对SMA-13沥青混合料进行了三轴重复荷载蠕变试验。并总结出了相应的变形规律，为高速公路路面的混合料设计提供了一定参考价值。
关键词：道路工程 永久变形 三轴重复荷载试验
引言
永久变形是长期困扰热拌沥青混合料路（HMA）的问题[1]。当永久变形达到一定深度，不但直接影响路面的平整度和使用性能，降低行车舒适性，还会对汽车行驶的安全性造成危害[2]。永久变形是在重复交通荷载作用下，沥青混凝土发生流动变形，其中无法恢复的部分变形累积形成的。大量的观测及理论研究表明，半刚性基层高等级沥青路面产生的永久变形，90%以上发生在沥青面层[3]，因此面层沥青混合料的永久变形成为研究的重点。
1.试验方法
本文采用三轴重复荷载蠕变试验，本研究采用CRT-NU14材料试验机，如图1所示。
图1 三轴动态蠕变试验系统
该仪器利用气动伺服封闭循环系统对路面材料按照加载0.2s卸载0.8s的方式进行加载。计算机控制加载，卸载和数据的采集工作。试验历程：预压0.01Mpa,加载100次。完成预压阶段，继续施加所要求荷载，同样采取加载0.2s，卸载0.8s的加载循环10000次。当永久变形超过5%时，加载自动停止；或当加载循环次数达到一万次而永久变形未达到5%同样加载也会自动停止。本文针对SMA-13沥青混合料在三个温度条件，三种偏应力水平下进行试验。试验方案如下：
预压：以0.02Mpa的轴向总压力，0.01Mpa的接触压力预压100s
偏应力水平：0.3Mpa、0.5Mpa、0.7Mpa
荷载波形：半正弦波间歇荷载，加载0.2s，卸载0.8s。
试件采用旋转压实成型的圆柱体试件，为得到合适高度且材料均匀的试件。根据目标空隙率首先得到Φ150mm×H200mm的大型试件，然后从中取芯，用钻芯机钻得Φ100mm×H200mm的试件。并对钻芯所得的试件进行空隙率、高度的测量，保证空隙率在5%±5%范围内。高度在200mm±4mm范围内。切割后的试件，视情况进行磨光处理，使其表面凹凸值小于0.05mm。
2.实验结果及分析
在30℃和不同应力下SMA-13沥青混合料的三轴重复加载蠕变试验下得到的沥青混合料的永久变形如图1.
图2 SMA-13沥青混合料在30℃下的变形规律 图3 SMA-13沥青混合料在40℃下的变形规律
图4 SMA-13沥青混合料在50℃下的变形规律
由图2～图4可以得出：
（1）沥青混合料在长时间重复荷载作用下，变形会随着时间的增长而增长，在应力消除后，有一部分变形会渐渐恢复，但还存在有一部分已经不能恢复的永久变形。
（2）从图2～图4可以看出，随着作用循环次数的增加，沥青混合料的永久变形逐渐增大，且呈现出三个阶段的变形过程。即变形迅速增大期、应变稳定增长期和应变、应变速率随时间增加迅速增大直至破坏期。说明试验结果能较好的反映沥青混合料的抗永久变形能力。
(3)在同一温度下，偏应力水平影响沥青混合料蠕变变形性能，偏应力越大，沥青混合料的永久变形就越大；且图中明显能看出，在大应力条件下，破坏变形的速度比小应力条件下速度更快，变形迅速发生第一阶段的曲线斜率更大，第二阶段稳定变形期的斜率也有较大的增加。也能说明超载、重载的营运环境对沥青路面的破坏更加厉害。
（4）对比图2～图4可以看出在相同的偏应力水平、不同的温度下，随着温度的升高，沥青混合料的永久变形急速增加，出现迅速达到破坏标准的变形现象。说明温度的升高也会极大地导致路面永久变形过早的产生，因此在温度环境较高的情况下，应当采取适当的改善措施提高沥青混合料的永久变形能力，保证路面的抗变形能力。
(5)可以从变形曲线看出，温度、应力和荷载循环次数具有等效关系，即在高温短时间内低应力条件下产生的永久变形等效于低温长时间高应力条件下形成的变形，这也就证明了三轴重复荷载试验可以作为评价沥青混合料高温抗变形性能的试验方法。
3.结语
目前用来测试沥青混合料永久变形的主要方法有轴向应力试验、重复荷载永久变形试验、弯曲蠕变试验简单剪切试验等，其中三轴重复荷载永久变形试验能够更好的模拟现场路面结构的实际受力状态，其试验结果能够区分不同沥青混合料间的性能差异。重复荷载作用下，由试验可以看出沥青混合料永久变形可分3个阶段：第1阶段，变形迅速增大期，但应变速率随时间增加逐渐减小；第2阶段，应变稳定增长期，应变速率基本保持不变；第3阶段，应变、应变速率随时间增加迅速增大直至破坏。
参考文献：
[1]邓学钧,黄晓明.路面设计原理与方法[M].北京:人民交通出版社,2007.
[2]汤文,孙立军.基于遗传算法的沥青路面永久变形预估方法[J].武汉理工大学学报,2008,30(12):42-45.
[3]张宏.沥青路面数值模拟及单轴贯入蠕变试验研究[D].重庆:重庆交通大学,2008.
基金项目：云南省科技创新强省（国际合作）项目(2009AC009), 重庆市自然科学基金项目(cstc2011jjA30006)。