摘要：近些年，我国的建筑行业不断发展，本文通过采用劈裂剪切试验和直剪试验评价双层摊铺沥青混合料的抗剪切性能，分析沥青混合料层间连接方式、级配大小以及试验环境对抗剪强度的影响规律。结果表明，层间连接方式和试验环境均对双层摊铺沥青混合料层间抗剪强度有显著影响，级配大小对沥青混合料的影响较小。连续摊铺沥青混合料层间抗剪强度比间断摊铺抗剪强度大，低温环境对沥青混合料的影响程度要比冻融环境大。
关键词：道路工程；沥青混合料；双层摊铺；抗剪强度；影响因素
引言
沥青路面相对于水泥路面具有表面平整、振感小、养护简便、施工简单，以及使用时间长等优点，在高速公路等主要交通干道中广泛使用。近年来，随着经济的快速发展，许多沥青道路经常超负荷运行，加剧了沥青道路破坏，而纤维沥青作为一种优化材料，得到了广泛的应用。为研究棉秆纤维对陶粒泡沫混凝土抗剪强度的影响，采用双面剪切法进行抗剪性能试验，分析了棉秆纤维掺入量和纤维长度在不同水平下对陶粒泡沫混凝土抗剪强度的影响；分别对玄武岩纤维沥青胶浆性能、低周往复荷载下纤维混凝土增强框架节点抗剪性能，以及钢纤维再生混凝土抗剪性能进行了详细的试验研究，得到良好的结论。本文采用室内试验的方法，对纯沥青、木质素纤维沥青、矿物纤维沥青、聚酯纤维沥青和复合纤维沥青的最大抗剪强度进行对比分析。
1原材料
1.1有机温拌剂
文中试验选用Sasobit-LM有机温拌剂，为工程中常用Sasobit降黏剂的一种类型。产品是煤在液化过程中提炼得到的物质，组成上属于一种硬蜡，根据Sasobit-LM温拌剂对沥青性质的影响及在工程中的应用，试验中选定掺量为3.0%。温拌添加剂的物理指标见表1。
表1Sasobit-LM温拌剂的物理指标
1.2沥青及矿料
试验采用的沥青为90号基质沥青和SBSI-C改性沥青，矿料为石灰岩，对原材料性能进行测试，试验结果满足规范要求。文中选用的混合料采用路面常用的AC-16、SMA-16和OGFC-16型沥青混合料，无特殊要求时其各筛孔的通过率均取级配范围的中值。通过试验确定混合料的最佳油石比分别为4.6%、5.8%和4.1%，对级配与沥青用量结果进行验证满足要求。
2试验方案与试验方法
2.1试验器材
采用的温控式纤维沥青直剪仪分为３个部分，如图2所示，从左向右依次为测力部位、剪切部位和加力部位。对于测力部位，使用百分表来实测上下模具相互错动产生的相对位移，并使用应力环将所测的位移转化为抗剪强度；对于剪切部位，通过模具在力作用下水平错动产生；对于加力部位，通过曲柄手轮匀速缓慢转动实现。纤维沥青试件的温度通过水槽来控制。在试验开始之前，调整加力部位、测力部位和剪切部位装置在同一水平直线上，之后采用与直剪试验相同的手段即可得到相应的剪应力值。
图2 实验设备
2.2试验方案
制作不同组合的双层马歇尔试件，进行不同环境处理后，再采用2种试验方法进行层间抗剪强度试验，对双层摊铺沥青混合料层间抗剪强度的影响因素进行分析。试验方案如表3所示。
表3试验方案
2.3试验结果与分析
2.3.1不同试验速率的温拌沥青混合料抗剪强度的变化
比较分析不同试验速率对混合料添加温拌剂后抗剪强度的影响，文中选用混合料直剪试验4个不同的剪切速率，选用AC-16沥青混合料的测试结果见表4。
表4不同试验速率不同Sasobit-LM掺量的90号
根据表4结果，在不同的试验速率下，沥青混合料抗剪强度都随温拌剂掺量的增加而降低，但试验速率越小，混合料抗剪强度降低速率相对越小，说明在试验速率较低时沥青性能变化对混合料抗剪切破坏的影响在减弱。对比相同温拌剂掺量混合料在不同试验速率下的抗剪性能测试结果，随试验速率的减小，抗剪强度发生显著降低，混合料黏聚力下降，同时内摩阻角没有明显的变化，说明剪切速率对混合料的黏聚力影响较大。
对于陡坡路段、重载或超载路段，车辆往往行驶速度较慢，车辆轮胎对沥青路面的作用时间就远大于高速行驶状态下，这种情况下轮胎对路表面混合料进行剪切作用的速率就显著降低，致使混合料更容易发生推移、拥包和车辙等剪切性破坏。因此，对于纵坡或重载路段沥青混合料的设计更应该采取有效措施来提高混合料的抗剪强度，以弥补车辆慢速作用下混合料易发生剪切破坏的不足。提高混合料抗剪性能可通过提高混合料本身的抗剪强度控制标准，也可通过添加纤维等可以加筋的外掺材料；对于有机温拌剂的使用应注意掺量的合理选择与控制，可通过与SBS改性剂制备双复合改性沥青来提高混合料的使用性能。
2.3.2环境对劈裂抗剪强度的影响
环境对劈裂抗剪强度的影响规律如图5所示，从图中可知，不同摊铺方式、不同级配组合的沥青混合料，都是低温抗剪强度＞常温抗剪强度＞冻融抗剪强度。双层沥青混合料在低温环境下的抗剪强度是常温环境下的7.3～10.2倍。这是由于低温环境下，混合料中的沥青塑性降低、强度增大，内部水分凝结成固态，使自身抗剪强度增大。
图5劈裂抗剪强度和环境的关系
2.3.3加载速率的影响
为了探究在单轴贯入试验条件下加载速率对沥青混合料抗剪强度的影响规律，对0.075～4.75mm各档集料为磷渣的AC－16C型混合料分别以1、5、10、20、50mm／min的加载速率进行单轴贯入和无侧限抗压试验。沥青采用SBS改性沥青，试验温度为60℃，试验结果如表6和图7所示。
从表6和图7可以看出：１）沥青混合料的抗剪强度与加载速率密切相关，随着加载速率的增大，混合料的抗剪强度呈对数关系增长。当加载速率增加到一定程度后，抗剪强度会趋于某一定值，说明在加载速率较大的情况下抗剪强度比较稳定。２）随着沥青混合料抗剪强度随加载速率的变化趋势加载速率的增大，混合料的粘聚力显著提高；而内摩阻角除在１mm／min时稍小外，其他加载速率下变化不明显，说明加载速率对沥青混合料的内摩阻角影响很小。加载速率的增大主要提高了沥青混合料的粘聚力，从而使其抗剪强度增大。
表6 图7
结语
双层沥青混合料的摊铺方式不同，其层间抗剪强度也不同，连续摊铺沥青混合料抗剪强度大于间断摊铺沥青混合料抗剪强度。双层沥青混合料的级配组合不同，其层间抗剪强度也不同，上层AC-13+下层AC-16沥青混合料相对于上层AC-16+下层AC-20沥青混合料，其劈裂抗剪强度大，而直剪强度没有大小区别。
劈裂剪切试验和直剪试验结果显示，双层摊铺沥青混合料的层间抗剪强度与试验环境有关，低温抗剪强度＞常温抗剪强度＞冻融抗剪强度。
参考文献：
[1]王选仓，穆柯，王朝晖，等．沥青路面双层摊铺技术研究［J］．筑路机械与施工机械化，2012，29（1）：24-27．
[2]毕玉峰，孙立军.温拌沥青混合料施工温度设计及应用研究[J].山西交通科技，2016（3）：9-11.
论文作者:马泽坤,王永顺
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
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