赵 寻
(长沙理工大学,湖南 长沙 410076)
沥青混合料剪切性能影响因素研究
赵 寻
(长沙理工大学,湖南 长沙 410076)
采用单轴贯入试验和无侧限抗压试验，分别对沥青类型、级配类型、油石比对沥青混合料剪切性能的影响进行研究，结果表明：沥青的类型会直接影响到混合材料所具备的剪切性能，不同沥青类型的混合料的内摩擦角φ、粘聚力C以及剪切强度三个指标方面相差较大；级配类型对沥青混合料剪切性能具有很大的影响，特别是对沥青混合料的粘聚力C和剪切强度影响很大。
沥青混合料，剪切强度，粘聚力，内摩擦角
0 引言
沥青混合料是一种粘弹性材料，影响沥青混合料剪切强度的因素有内外双重因素[1,2]。外因在现实道路设计与运行过程中并非工程人员所能控制的因素，故本文未对其进行考虑。内因则主要包括：矿质集料的特性(粗集料针片状含量和细集料棱角性)、级配组成、沥青类型及油石比等。有研究[3]表明，沥青混合料的内在影响因素对其剪切性能起主要决定作用。因此，本文采取单轴贯入试验方法结合无侧限抗压试验来找出上述各因素对混合料剪切性能的影响规律并对其进行分析。
1 原材料与试验方法
本文试验中所用到的试验材料有，粗集料：白云岩；细集料：石灰岩；矿粉：由石灰岩磨细得到；沥青：泰普克30号A级沥青、泰普克70号A级沥青、SBS改性沥青。各种原材料的技术指标均符合规范[4]要求。对于级配的选择，由于目前的有关研究发现，路面的最大剪应力出现在中面层位置，而中面层普遍采用的是AC-20沥青混合料，因此本文研究选用的为AC-20级配。
沥青混合料剪切强度试验采用单轴贯入试验进行[5]，单轴贯入试验中压头的尺寸采用φ42 mm便可满足试验精度的要求。试验中的试件采用旋转压实(SGC)100次成型的旋转压实试件，试件尺寸：φ150 mm×100 mm，试验在UTM试验机上进行，加载速率：1 mm/min，试验温度：60 ℃。
2 沥青混合料剪切强度影响因素
2.1 沥青类型
为了研究不同沥青类型对沥青混合料剪切性能的影响，本文对AC-20S级配采用三种不同类型的沥青在其最佳油石比条件下成型的试件进行单轴贯入试验以测定其剪切强度τ，并结合无侧限抗压试验以测定其内摩擦角φ和粘聚力C。三种沥青分别为： 30号A级沥青、70号A级沥青和SBS改性沥青。剪切试验结果如图1和图2所示。
通过对图1，图2分析可以得出以下结论：
1)在采用相同级配的情况下，30号基质沥青的剪切强度最大，SBS改性沥青次之，70号基质沥青剪切性能最差。说明沥青类型的高温性能对沥青混合料的剪切强度具有很大的影响。
2)30号基质沥青的粘聚力C最大，其次是SBS改性沥青与70号沥青。三种沥青的粘聚力C的变化趋势与沥青混合料剪切强度的变化趋势一致，说明对于沥青混合料的剪切强度，沥青的粘聚力C对其具有较大的影响。
2.2 级配类型
为了研究不同级配组成对沥青混合料剪切强度的影响，采用AC-20下限，AC-20中值和AC-20S三种级配在70号基质沥青的最佳油石比下成型试件，并进行试验。三种不同级配组成见表1，其试验结果如图3和图4所示。
表1 AC-20三种不同级配通过率
根据图3，图4可以得出以下结论：
1)就AC-20而言，中值级配的剪切强度最大，其次是S型级配，最小的为下限级配，其剪切强度不足中值级配剪切强度的一半。由此可见，级配对沥青混合料剪切强度具有很大的影响。
2)三种级配的沥青混合料的粘聚力C和内摩擦角φ都呈现出了一致的趋势，都是中值级配具有最大的粘聚力C和内摩擦角φ，其次为S型级配和下限级配。
2.3 油石比
为了研究油石比与沥青混合料剪切性能间存在的关系及其相互之间的变化规律，将最佳油石比与另外三种不同油石比制作成的试件进行试验。试验结果如图5和图6所示。
从图5，图6可以看出，沥青混合料剪切强度值随着油石比的增大呈现出凸形抛物线趋势变化，粘聚力C值则呈现出递增的趋势，而内摩擦角φ值则呈现出递减的趋势。剪切强度峰值也未出现在最佳油石比处，而是出现在略低于最佳油石比处。其原因在于最佳油石比是综合考虑了各项指标确定的，并不是强度峰值所对应的油石比。
3 结语
1)沥青的类型会直接影响到混合材料所具备的剪切性能。在沥青混合料的内摩擦角φ、粘聚力C以及剪切强度三个指标方面，均是30号沥青混合料最大，其次是SBS改性沥青混合料，最小的为70号沥青混合料。
2)级配类型对沥青混合料剪切性能具有很大的影响。对于混合料的剪切强度、粘聚力C和内摩擦角φ三个剪切指标均是中值级配的沥青混合料最大，其次是S型级配，最小的为下限级配。
3)沥青混合料的剪切强度随着油石比的增加出现先增大后减小的趋势，在略低于最佳油石比处达到最大剪切强度。在进行混合料抗剪切设计时，可根据剪切试验以确定最佳剪切性能的油石比。
[1] 张宏超.沥青路面初期损坏机理分析与对策研究[D].上海：同济大学博士学位论文,2002:39- 49.
[2] 赵佳军,黄志福.高速公路沥青路面病害处治[J].华东公路,2000,8(1):125-130.
[3] 朱洪洲,黄晓明.沥青混合料高温稳定性影响因素分析[J].公路交通科技,2004,21(4):1-8.
[4] JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].
[5] 毕玉峰.沥青混合料抗剪试验方法及抗剪参数研究[D].上海:同济大学道路与机场工程系博士学位论文，2004.
Research on the factors of shear performances for asphalt mixture
ZHAO Xun
(Changsha University of Science and Technology, Changsha 410076, China)
In order to study the influence of different factors on the shearing properties of asphalt mixture effect, based on the single penetration test and unconfined compression test, respectively on the asphalt type, aggregate gradation, asphalt content on asphalt mixture shear properties. The results show that: the type of asphalt will directly affect the shearing properties of asphalt mixture have, asphalt mixture of different asphalt types, which angle of internal frictionφ, cohesionCand shear strength of the three indicators of a larger difference， aggregate gradation has a great influence on shear properties of asphalt mixture, especially a great impact on cohesionCand shear strength of asphalt mixture.
asphalt mixture, shear strength, cohesion, angle of internal friction
1009-6825(2014)31-0129-03
2014-08-23
赵 寻(1986- )，男，在读硕士
TU535
A
