浅谈沥青材料试验

摘要：人们对沥青路面的研究和实践已有很长历史，但沥青路面损坏的原因除了设计及施工因素外，还有环境作用因素，而更根本的在于沥青材料性能，然而由于沥青混合料在设计中并未完全考虑材料的受荷能力，这可能是沥青路面出现大面积破坏的根本原因，因而有必要对沥青材料进行试验，本文主要介绍了沥青材料的抗剪试验、抗拉试验、抗疲劳试验、抗车辙试验的研究。

关键词：沥青路面、沥青材料、抗剪试验、抗拉试验、抗疲劳试验、抗车辙试验

中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：

随着我国经济的高速增长，我国的公路建设事业迅速发展，其中大部分为沥青路面。但

随着公路里程与日俱增，由于交通量和车辆荷载的激增，超载车辆以及平均车速的提高，沥青路面的破坏出现了新的趋势。许多公路在通车短时间内就发生了大面积的破损,给国家和社会造成了巨大的经济损失，因而对沥青材料进行试验研究迫在眉睫。

一、抗剪试验

经过本人多年的工作实践发现，沥青路面的破坏很大一部分是受剪切破坏引起的，作为沥青混合料的试验研究，应首先对沥青混合料的抗剪强度进行试验。如何有效地评价沥青混合料的抗剪性能,在以往的研究和评价中,大多数采用的方法是三轴试验。为了简化试验方法,并更有效地模拟道路在车辆荷载作用下的受力状况,在此提出了一种新的试验方法即单轴贯入试验。

所谓单轴贯入试验，就是在试件上通过一钢压头进行加压，压头的直径小于试件的直径,利用r/R来表示两个物体直径的比值，r为压头的直径，R为试件的直径，首先可以将路面模型简化为一定尺寸的圆柱体，其上施加一定的荷载，当图r/R比值足够小，则其受力状态应与路面的较为一致。因此采用单轴贯入试验方法评价沥青混合料的抗剪强度是合理的，一方面其受力模式与路面一致。另一方面其试验方法易操作、设备简单,适合工程应用。

二、抗拉试验

沥青路面一般都有热胀冷缩的特性，因此沥青路面的抗拉破坏与沥青材料的低温性能也息息相关。研究沥青路面抗拉试验的的目的在于提出更加适合我国评价沥青混合料低温性能的试验方法。通过对现有的各种试验方法试验设备、试验条件和影响因素的对比分析，提出采用劈裂试验评价沥青混合料的抗拉性能。

劈裂试验也称为间接拉伸试验,通过圆弧形加载压条,按一定加载速率对规定尺寸的圆柱形试件施加荷载,并采用百分表测定试件的垂直、水平变形,从而获得沥青混合料的劈裂强度和变形,用于评价沥青混合料的抗拉特性。沥青抗拉试验中由于采用较快的加载速率，试件加载时迅速破坏，破坏应变比较小,按国内外专家学者提出的沥青混合料的三种种破坏模式，劈裂破坏属于Ⅰ型破坏,也即脆性区破坏,应力应变呈线性关系。当低温且快速加载时，沥青混合料呈脆性破坏，破坏表现为突然的破断如弯曲破坏、或崩裂如劈裂破坏，到破坏点后立即丧失承载能力。

劈裂试验的有限元模拟除了采用弹塑性模型之外,也可以采用弹性模型进行粗劣简化模拟。根据以上试验研究方法对沥青混合料试件的劈裂试验从不同成型方式、不同级配、不同沥青种类、不同加载速率等方面对其试验参数的影响做相关的对比和分析，可以初步提出沥青混合料抗拉试验的评价参数。

三、抗疲劳试验

随着现在高等级公路的大量建设，沥青路面对沥青材料的要求也越高，但随着沥青混合料强度增加，长期抗疲劳破坏的性能会出现一定程度的下降。由于现在交通量和轴重剧增，沥青路面的疲劳破坏十分严重，如何才能延长沥青路面的使用寿命，这主要取决于沥青材料的耐久性和抗疲劳性能。国内外对沥青混合料抗疲劳试验的研究并不是很多，在这里非常有必要对其进行简单的介绍。

由于沥青路面的疲劳破坏一般都是车辆荷载长期反复作用下形成的。所以要对沥青混合料的抗疲劳性能进行研究，首先应将沥青混合料长期老化，模拟沥青路面的长期性能。也可以参考各国沥青混合料疲劳性能试验、长期老化试验研究。然后可以采用间接拉应力和应变试验可以确定沥青混合料疲劳强度。根据规范,采用一定的试验温度和固定的变形速率加载至试件破坏。并将加载和变形进行连续的记录。采用量纲为一的间接拉应力强度指数，可以由间接拉应力试验结果进行计算，该指标可以较好表征沥青混合料的疲劳性能。

沥青路面的抗疲劳性能也可以采用半圆弯曲试验来确定，该实验方法在欧洲和南非等国家应用较多，一个典型的半圆弯曲试验，其试件采用将旋转压实或马歇尔击实成型的试件一分为二而得，试件成型方法简单。一般半圆弯曲试验的试件直径为150mm，厚度为90mm，两个支座之间距离为100mm。两个位移传感器安装在试件的底部，测定试件底部挠度，并控制试验温度。半圆弯曲采用消散能的思想，对沥青混合料半圆弯曲疲劳试验的数据进行分析，通过分析结果，来评定试件的疲劳寿命随沥青抗拉强度的增加而增加。

四、抗车辙试验

车辙也成为永久变形，是指沥青路面在重复轮载作用下产生的累积塑性变形。车辙可能发生在地基、无结合料基层或沥青面层。在我国车辙主要发生在沥青面层，主要是由于沥青路面在轮载作用下发生固结和剪切变形所致。如果沥青混合料的性能较差,车辙也有可能发展到更深的位置。车辙通常随轮载作用的增加而增大,典型表现为沥青路面轮迹处纵向凹陷,有时还伴有向轮迹两侧隆起的病害。国内外不少人对沥青路面抗车辙试验进行研究，主要方法有径向试验、单轴试验、三轴试验、而剪切试验、经验试验、模拟试验等试验方法。

目前径向试验、单轴试验和三轴试验已经成功应用到工程中去了。径向试验也就是拉伸试验，其更多的反映沥青混合料中胶结料的特性，而不是混合料的一些现场特性，因此很少用其评价沥青混合料抗车辙性能。单轴试验的温度条件和荷载水平与实际路面的温度和荷载水平应该相似，在试验过程中的温度条件和施加的荷载往往低于路面实际状况，到目前为止，已有的历史试验数据与混合料性能的相关性都比较小，而且缺乏规范化的试验标准，因此目前也不建议将该类试验直接用于评价沥青混合料抗车辙性能。三轴试验和单轴试验的区别在于试验过程中要对试件施加围压，通过在试验中施加围压能更好地模拟路面现场的温度和受力状态，防止试验过程中试件过早破坏。相对径向试验和单轴试验，三轴试验结果更加接近实际。故在工程中使用相对较多。

而剪切试验、经验试验和模拟试验等试验方法目前还处于发展和完善阶段。剪切试验到目前为止还没有形成一个基于试验的可接受的评估沥青混合料性能的模型，该类试验目前不适合作为沥青混合料车辙试验方法。但由于评价沥青混合料抗车辙性能的试验方法作用有限，经验试验方法也不能作为评价混合料抗车辙性能的标准试验方法。模拟试验主要是指轮碾试验，利用相关性来将这类试验方法的标准化。虽然轮碾试验是非力学试验，但它的确能够很好地模拟沥青路面所发生的车辙情况，这是路面工程界的最好选择，但目前还处于发展阶段。

五、结束语

近十年来我国公路建设发展迅速，建成的公路不断地投入使用，公路沥青路面在使用的过程出现了各种破坏现象，这些破坏都与沥青材料本身的力学性能有关，但目前沥青材料的试验研究还不够全面，有待各位学者进行更深入的探讨。

参考文献

[1]沈金安，《沥青及沥青混合料路用性能》，人民交通出版社，2001

[2]封基良,许爱华,席晓波，《沥青路面车辙预测的粘弹性分析方法》，公路交通科技，2004

[3]张婧娜，谭忆秋，张肖宁，《应用能量原理预测沥青混合料的疲劳破坏》，中国公路学报，1998