一种沥青混合料抗裂缝扩展性能评价方法

本发明属于沥青混合料领域，具体涉及一种沥青混合料抗裂缝扩展性能评价方法。

背景技术：

近几年来我国逐渐步入了经济持续高速发展的时代，基础设施的建设也渐渐成为国家经济建设的重点。公路作为基础设施建设中的核心成员，其发展速率也出现了十分可观的增长。交通量猛增并在全国各地普遍出现超载现象。急剧增加的交通量，屡禁不止的超载现象，加上近年来的气候变暖趋势，对沥青路面面层结构所使用的材料提出较苛刻的性能指标要求。目前相当一部分沥青混凝土路面出现了早期病害类损坏，其中开裂性类病害是主要形式之一，所以改善混合料的抗裂能力，是当前路面材料研究的重点。

沥青混凝土路面较早地产生开裂的原因是温度应力、频繁的车辆荷载累积作用产生的疲劳应力和材料累积损伤超过相应的标准，从而导致路面结构产生开裂，且裂缝进一步发展等。绝大多数沥青路面采用无机结合料稳定类基层，沥青路面开裂后，发生结构性破坏，严重危害道路的使用性能和寿命。因此，沥青混合料的抗裂性能尤其是抗裂缝扩展性能的评价是影响沥青混合料性能的重要因素，急需一种简单可行的室内试验方法能够针对沥青混合料的抗裂缝扩展性能进行试验分析与评价。

目前用于研究沥青混合料开裂的主要试验方法有圆盘拉伸试验、半圆弯曲试验、间接拉伸疲劳试验、弯曲梁疲劳试验和劈裂试验等，虽然对于研究沥青混合料抗裂性能的技术手段越来越多样成熟，但是能够分阶段表征沥青混合料开裂过程的研究并不多。对混合料开裂过程的各阶段发展过程的详细表征和定量分析，是当前沥青路面抗裂性能研究领域的工作重点，对提高沥青路面服役能力和延长其使用寿命具有重大意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于间接拉伸的沥青混合料抗裂缝扩展性能评价方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种沥青混合料抗裂缝扩展性能评价方法，通过对沥青混合料旋转压实试件进行间接拉伸试验，得到荷载-位移曲线，并对该曲线进行数据分析，通过以下公式对沥青混合料的抗裂缝扩展性能进行评价：

式中：cp—抗裂缝扩展性能指标，l75—峰后段75％峰值处的位移，单位mm，

lp—荷载峰值处的位移，单位mm，d—试件直径，单位mm，

gf—断裂能，单位j/m²，g起—起裂能，单位j/m²，

∣m75∣—峰后段75％峰值处斜率的绝对值，t—试件厚度，单位mm，

其中，cp值越大，代表试件在裂缝扩展阶段的抗裂性能越强；cp值越小，代表试件在裂缝扩展阶段的抗裂性能越弱。

进一步的，采用旋转压实仪制备圆柱形的旋转压实试件。

进一步的，圆柱形的所述旋转压实试件的直径d为150mm，高度h为62±1.5mm，目标空隙率为7％±0.5％。

进一步的，采用utm-25伺服液压多功能材料试验机对旋转压实试件进行间接拉伸试验。

进一步的，将试验所得荷载-位移曲线以峰值荷载为分界线，峰前段为裂缝起裂阶段，峰后段为裂缝扩展阶段；将峰后段中峰值荷载75％点处作为曲线拐点，选取点(l75，p75)作为计算cp的临界点。

进一步的，所述沥青混合料为sma-13、superpave-13或ac-13。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

本发明通过utm-25对沥青混合料旋转压实试件进行间接拉伸试验，通过对得到的荷载-位移曲线进行点位坐标分析，以此作为指标对沥青混合料的抗裂缝扩展性能进行评价。该方法测试时间短，操作简单，精度高，试验指标与沥青混合料的抗裂缝扩展性能密切相关，同时可以模拟沥青混合料在使用过程中发生的裂缝开裂和扩展过程。因此本发明采用的基于间接拉伸的沥青混合料抗裂缝扩展性能评价方法可以更好、更准确地评价出沥青混合料裂缝的发展程度，为沥青路面的抗裂研究提供新的方法和参数。

附图说明

图1为本发明的为sma-13、superpave-13和ac-13级配沥青混合料∣m75∣值和cp值图。

具体实施方式

针对目前沥青混合料抗裂性能评价方法存在的不足，本发明通过劈裂试验建立了一种基于间接拉伸的沥青混合料抗裂缝扩展性能评价方法。该方法至少包括：

步骤一、沥青混合料配合比设计：为方便对不同级配沥青混合料的抗裂缝扩展性能进行对比分析，选取sma-13、superpave-13和ac-13等三种级配，设计级配结果见表1。

表1sma-13、superpave-13和ac-13设计及配

其中，1#、2#、3#料为玄武岩，4#料为石灰岩，粒径范围分别为10～15mm、5～10mm、3～5mm和0～3mm。

沥青选用江阴宝利生产的i-c型sbs改性沥青，镇江高资生产的石灰石矿粉，其性能试验结果如表2、3所示。

表2sbs改性沥青性能指标及试验结果

表3矿粉性能指标及试验结果

步骤二、旋转压实试件的制备：

(1)沥青混合料制备：先将sbs改性沥青在165±5℃烘箱中加热至熔融状态，保温备用。在175±5℃条件下预先加热粗细集料和矿粉4h以上(集料、矿粉和沥青按设计级配称取质量)，将沥青混合料拌合锅加热至170±5℃。先将预先加热的粗细集料加入拌锅，拌合90s后再加入保温备用的sbs改性沥青并继续拌合90s，最后掺入矿粉拌合90s，制备成所述的三种级配沥青混合料。

(2)旋转压实仪成型：将旋转压实仪套筒(直径150mm)在175±5℃的烘箱中预热2h，包括垫片、垫块和套筒。依据沥青混合料的最大理论相对密度和7％±0.5％目标空隙率计算出成型62mm厚度所需要的质量。取出预热的套筒，按计算的质量称取混合料并加入套筒，然后将套筒置于旋转压实仪内。设置软件参数为高度62mm，不限定圈数，成型出的旋转压实试件在常温中放置24h后需对其体积参数进行测试，若空隙率不满足7％±0.5％则需修正质量重新成型。

步骤三、旋转压实试件的间接拉伸试验

试验仪器采用utm-25伺服液压多功能材料试验机，将旋转压实试件放置在劈裂夹具内，选用点触式压杆。仪器内温度调节为25℃，软件设置为速度50mm/min，最大位移50mm，终止条件为荷载降低至1％，最终得到荷载-位移的完整曲线。

步骤四、计算抗裂缝扩展指标cp

根据步骤三得到的荷载-位移曲线，获取点位坐标，计算抗裂缝扩展指标cp，计算结果见表4。

表4sma-13、superpave-13和ac-13级配沥青混合料劈裂试验结果

试验结果见图1和表4，分别计算三种级配的断裂功、峰后段中峰值荷载75％点处斜率，根据以下公式计算抗裂缝扩展指标cp。

式中：cp——抗裂缝扩展性能指标；l75——峰后段75％峰值处的位移(mm)；

lp——荷载峰值处的位移(mm)；d——试件直径(mm)；

gf——断裂能(j/m²)；g起——起裂能(j/m²)；

∣m75∣——峰后段75％峰值处斜率的绝对值；t——试件厚度(mm)。

由计算结果可知，sma-13级配cp＝241.16、superpave-13级配cp＝91.34、ac-13级配cp＝86.23。其中cp值从0至正无穷波动，cp值越大，代表试件在裂缝扩展阶段的抗裂性能越强；cp值越小，代表试件在裂缝扩展阶段的抗裂性能越弱。本实施例中，通过对比cp值的变化，可以发现，在25℃情况下sma-13级配的抗裂缝扩展性能远大于superpave-13级配和ac-13级配，superpave-13级配略优于ac-13级配。本评价方法成功定量评价出裂缝扩展阶段的发展程度，在后续研究中，可以通过改变拌和工艺、不同改性沥青的选用来实现cp值的增加，提升沥青混合料的抗裂性能，为实际道路工程提供可行的方案。