快速测定沥青混合料劈裂强度试验研究

不同温度下快速检测

沥青混合料劈裂强度试验研究

引言

劈裂试验是对规定尺寸的圆柱体试件，通过一定宽度的圆弧形压条施加荷载，将试件劈裂直至破坏的试验。劈裂试验适用于测定沥青混合料在规定温度和加载速率时劈裂破坏或处于弹性阶段时的力学性质，亦可供评价沥青混合料低温抗裂性能时使用。故对于在建道路，探讨如何在现场试验室快速检测沥青混合料劈裂强度对控制沥青混合料的质量有着重要意义。为了找到在不同的温度条件下测得的劈裂强度与标准条件下测得的劈裂强之间的换算关系，提高现场试验室检测沥青混合料劈裂强度的效率，本次基于室内试验，模拟现场在不同室内温度条件下直接测试沥青混合料劈裂强度并与试验规程中要求的试验条件下测定的劈裂强度进行对比分析。

1 试验原材料

本次试验集料采用武山县鸳鸯镇邱家峡石料厂的石料（矿粉为甘肃高崖金城水泥有限公司生产的矿粉），沥青采用韩国SK90#A级道路石油沥青，混合料类型采用AC-13型沥青混合料。本次所用原材料各项指标均符合JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》中相应技术要求。

2 试验过程

本次试验按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中

T0702方法双面各击实75次制作马歇尔试件，每组试验5个试件，并按规范测定试件的高度、密度、空隙率等指标。然后将其中一组试件放置于15±0.5℃的水浴中浸泡不少于1.5h，测其劈裂强度，将其余试件分为五组分别放置于12℃、15℃、18℃、21℃、24℃、27℃、30℃、33℃、36℃的空气中养生不少于6 h，然后测其劈裂强度。

3 数据分析

3.1 沥青混合料劈裂强度值与温度关系

将不同环境条件下测得的劈裂强度结果汇总于下表1，并根据试验结果绘制沥青混合料劈裂强度值与环境温度的曲线，见图1：

(MPa)

图1沥青混合料劈裂强度与温度曲线图

结合表1和图1可以看出，水浴养生15℃劈裂强度值和空气中养生15℃劈裂强度值基本一致，说明在相同的温度下养生环境对沥青混合料劈裂强度值影响不大，可以忽略不计。而沥青混合料劈裂强度值随着温度的升高抵抗劈裂荷载的能力急剧衰减，降幅是由大变小。主要是因为随着温度的升高，沥青的粘度降低以及沥青与集料粘结力降低，当温度达到30℃以上，劈裂强度与温度的关系曲线趋于平缓，降幅很小，主要是因为温度达到一定值后，沥青粘度以及沥青与集料粘结力基本不能抵抗劈裂的剪切力。

根据劈裂强度变化趋势，用指数函数拟合曲线，得出了AC-13型沥青混合料劈裂强度值与温度的函数关系：

Y T=5.6701e-0.069T，R2=0.9973

式中：Y T—T温度劈裂强度/MPa；

R2—相关系数。

由相关系数可知，拟合出来的曲线与其实际关系具有良好的相关性，对于不同材料的沥青混合料有着不同的函数关系，但基本趋势是一致的。

3.2 不同温度下劈裂强度比值与温度关系

将不同温度下空气中养生测得的劈裂强度值与15℃水浴中养生测得的劈裂强度值进行比值换算，换算结果见下表2，并绘制劈裂强度比值与温度的关系曲线，见图2。

表2空气中养生与15℃水浴中养生劈裂强度比值结果汇总

图2沥青混合料劈裂强度比值与温度曲线图

根据劈裂强度比值变化趋势，用指数函数拟合曲线，得出了AC-13型沥青混合料劈裂强度比值与温度的函数关系：

Y T,15=2.7796e-0.069T，R2=0.9973

式中：Y T,15—T温度劈裂强度与15℃水浴中养生劈裂强度度的比值；

R2—相关系数。

由相关系数可知，拟合出来的曲线与其实际关系具有良好的相关性，说明不同温度下空气中养生测得的劈裂强度值与15℃水浴中养生测得的劈裂强度值有着良好的指数函数曲线关系。

4 结论

由以上试验及其数据分析可知，AC-13型沥青混合料劈裂强度值随着温度的升高而降低，并保持着良好的指数函数关系，为了提高现场试验室检测劈裂强度的效率，本次研究建议在现场试验室直接测定室温下试件的劈裂强度值，然后根据函数关系进行换算其对应的15℃水浴中养生测得的劈裂强度值。最终15℃水浴中养生劈裂强度值由以下公式计算：

Y15=Y T/ Y T,15

式中：Y15─15℃水浴中养生测得的劈裂强度值；

Y T─温度为T℃时测得的的劈裂强度值；

Y T,15—不同温度下的比值换算系数，如表3所示。

T─温度/℃，T∈[12~36]。

表3劈裂强度比值换算系数结果汇总表