沥青混合料及沥青砂浆的黏弹性能试验.docx
沥青混合料及沥青砂浆的黏弹性能试验
沥青路面设计理论近二十年来迅速发展的主要标志，一是层状体系理论和计算方法的深入研究，并将其成果应用到路面设计中；二是对路面材料进行深入研究，进一步揭示了其物理力学性质，为沥青路面设计提供了强度标准和参数[i]。
一般情况下，沥青混合料属于典型的黏弹性材料，其力学参数受时间和温度的影响较大，而采用单条件模量参数—抗压回弹模量显然不能真实反映路面材料的力学性能。为了使沥青路面的设计参数更加符合路面结构的实际工作状态，需对沥青混合料进行黏弹性能试验，确定其黏弹性参数，继而应用其进行沥青路面设计。
考虑到沥青路面工作在较宽的时间和温度范围内，因此必须采用多种试验方法才能将考察的区域完全包含。沥青混合料的黏弹性能试验主要分为以时间为变量的蠕变试验和松弛试验，以及以频率为变量的动态模量试验。由于松弛试验对仪器设备要求较高，因此一般通过蠕变试验求得蠕变柔量，再根据蠕变柔量与松弛模量的关系进行变换求得松弛模量。为此，本文将对沥青混合料及沥青砂浆进行蠕变试验和动态模量试验，得到其不同工况下黏弹性参数变化规律。
沥青混合料及沥青砂浆试件
试验材料
试验采用辽河AH-90#沥青，粗集料和石屑采用辽宁本溪的石灰岩，砂子和矿粉产地为辽宁辽阳。沥青混合料选择三种级配类型，密级配AC-13、AC-16和间断级配SAC-16，按照《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)推荐的级配范围进行设计，级配组成见表 3.1。由于本文细观研究的需要，分别采用与AC-13、AC-16沥青混合料中细集料( 2.36mm)比例相同的集料与沥青组成沥青砂浆，集料级配见表3.2。
最佳沥青用量的确定
沥青混合料
沥青用量是影响沥青混合料性能的重要因素。沥青混合料最佳沥青用量的确定方法主要有马歇尔试验方法和Superpave设计方法，前者属于经验性方法，其
与后者相比，方法简单且易于掌握，因此目前应用较为广泛。本文采用马歇尔试验方法来确定最佳沥青用量，试验结果见表3.3。
从表3.3可以看出，三种级配中，SAC-16级配沥青混合料的最佳沥青用量最小。这是因为该级配中粗集料所占比例较大，相对于同质量的细集料表面积减少，沥青用量随之减少。
表3.1沥青混合料级配组成
Tab.3.1Gradationofasphaltmixtures
级配 粒径
191613.2
19
16
13.2
9.5
4.75
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
AC-13 累计 —
100
96
76.5
53
37
26.5
19
13.5
10.5
6
AC-16 通过 100
95
84
70
48
34
24.5
17.5
12.5
9.5
6
百分率
SAC-16 /% 100
99.3
92.4
81
39.2
25.7
21.5
17.8
14.5
11.4
9.3
表3.2沥青砂浆级配组成
Tab.3.2Gradationofasphaltmortar
级配 粒径
2.361.180.6
2.36
1.18
0.6
0.3
0.15
0.075
AS-13 累计通过 100
71.62
51.35
36.49
28.38
16.22
AS-16 百分率/% 100
72.06
51.47
36.76
27.94
17.65
表3.3马歇尔试验结果
Tab.3.3ResultsofMarshalltest
最佳沥青
级配
用量
类型
/%
毛体积密度
/g.cm-3
空隙率
/%
评价指标
稳定度
/kN
流值
/0.1mm
AC-13
4.29
2.436
4.00
8.67
25.7
AC-16
4.37
2.442
4.00
9.82
26.8
SAC-16
3.91
2.460
4.00
10.82
29.8
沥青砂浆
沥青砂浆由沥青和细集料组成，由于缺乏粗集料骨架支撑，空隙较少，性能与沥青混合料有较大差异，因此不能延用马歇尔试验来确定最佳沥青用量。一些学者采用体积比的方法来直接确定沥青用量[ii]，然而其缺乏充分理论依据。鉴于本文沥青砂浆中集料与已确定最佳沥青用量的沥青混合料中细集料比例相同，下面来探讨两种计算方法。
①比表面积法
根据沥青混合料中粗集料与细集料的表面积比例求出其中细集料所需的沥青用量，再根据细集料所占集料的质量比例，推算出含全部细集料沥青砂浆的沥青用量。这种方法看似简单，但实际计算中集料的表面积要根据单个集料颗粒的粒径来求得，矿粉颗粒的粒径很小，需要复杂的土工试验来进行筛分，因此不便于计算。
FE
FE
a
i
图3.1沥青包裹集料颗粒
Fig.3.1Sphericalaggregateandth