摘 要：文章基于引进先进的SPT简单性能试验，通过试验研究及与车辙试验的对比分析，探讨分析SPT对沥青混合料高温稳定性的评价及应用，结果表明动态模量试验能够更为准确地评价高温稳定性，并与路面结构设计软件相兼容，将材料设计与路面结构设计有机联系起来。

　　关键词：沥青混合料;高温稳定性;SPT(简单性能试验);动态模量

　　中图分类号：U416.217 文献标识码：B

　　为建立一种评估沥青混合料使用性能的简易方法，美国NCHRP 9-19、NCHRP 9-29研究计划对现存的试验方法和指标进行大量的对比研究，并依据MnRoad、Westrack和ALF等试验路数据，研发了SPT(Simple Performance Tests)，即沥青混合料基本性能测试试验 。该试验是一种基于性能的试验方法，试验参数与混合料基本性能相关性很高，用于评价沥青混合料的高温稳定性和疲劳性能，还可作为路面结构设计的输入参数来预估路面使用性能。引进这一先进方法，探讨研究评价沥青混合料高温稳定性，对于我国进一步预估、改善沥青路面性能具有重大意义。 1、动态模量试验 SPT试验包括静态蠕变试验(Flow time)、重复荷载试验(Flow number)、动态模量试验(Dynamic modulus)。动态模量试验是在规定的试验温度下以不同的频率对试件施加正弦轴向压应力(见图1)，并测定相应时间所施加的应力和产生的轴向应变，用于计算动态模量和相位角，如式(1)和(2)所示。

(1)

(2)

　　式中：︱E*︱——动态模量

　　σ0 ——应用正弦荷载的振幅

　　ε0 ——产生的正弦应变的振幅

　　Ф——相位角

　　Ti ——落后的时间

　　Tp ——正弦荷载时期

　　图 1 动态模量试验加载示意图

　　动态模量试验的评价指标为︱E*︱/sinФ，其中模量︱E*︱从弹性的角度来描述沥青混合料，表述的是粘弹性沥青混合料弹性变形回复的能力，相位角Ф则是从粘性的角度来描述沥青混合料，表述混合料抗剪切变形的能力及粘性成分的大小，︱E*︱/sinФ结合动态模量和相位角来表征混合料的性能，能反映沥青混合料的粘弹性特性和永久变形性能。对于抗车辙性能，需要在高温条件下确定混合料产生车辙时的最小︱E*︱;而对于抗开裂性能，则要在低温条件下确定混合料产生开裂时的最大︱E*︱。 2、动态模量试验与车辙试验的对比分析 2.1两种试验方法的比较

　　我国当前的《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)规定，对高速公路和一级公路沥青路面的上面层和中面层沥青混凝土混合料，在用马歇尔法进行配合比设计时，应通过车辙试验对沥青混合料的高温稳定性进行检验。基于动态模量试验与车辙试验的对比来探讨SPT对沥青混合料高温稳定性的评价。两者的对比分析如表1所示。

　　表1 动态模量试验与车辙试验对比分析试验方案 试验方法 SPT(动态模量试验) 车辙试验 试验理论 基于性能的试验方法，动态加载更接近路面在车辆荷载作用下的实际三维受力模式 通过模拟实际路面的受力来评价沥青混合料的抗车辙能力 试验指标 动态模量︱E*︱、相位角Ф和动态模量评价指标︱E*︱/sinФ 动稳定度、车辙深度 试件成型方法 旋转压实仪压实成型Ф150×165mm，钻芯取样 轮碾成型机碾压成型 试件尺寸 Ф100mm×150mm的圆柱形试件 300mm×300mm×50mm的板块状试件 加载方式 正弦轴向压应力，同时可施加围压 固定荷重的荷载轮的往复碾压 加载频率 0.1Hz、0.5Hz、1Hz、5Hz、10Hz、20Hz和25Hz 往返碾压速度42±1次/min 试验温度 4～60℃，试验选取5、20、40和55℃ 60℃±0.5℃ 围压 0～250kPa，试验选取0、100和 200kPa 试验仪器无围压考虑

　　车辙试验是通过实验室模拟实际路面的受力来评价沥青混合料的抗车辙能力，但由于实际路面所处环境条件与实验室差别很大，测得的车辙深度或动稳定度并不能表征实际的车辙深度，且试验没有获得材料的基本力学参数，所以不能用于预估车辙变形发展，仅可建立经验性的预估模型。动态模量指标既可评价材料本身的性能，也可进行路面结构设计与路面性能预估，并与实际车辙深度相关性甚好。据文献[1]的研究结果表明动态模量︱E*︱和动态模量评价指标︱E*︱/sinФ与MnRoad、ALF及WesTrack试验路的实测车辙深度间的相关性较好。

　　2.2沥青混合料试验

　　本文试验中选用AC-20沥青混合料和SMA-13改性沥青混合料，对两种沥青混合料进行动态模量试验和车辙试验，两种混合料的配合比设计见图2。

　　图2 AC-20和SMA-13沥青混合料的配合比设计

　　2.3试验结果的对比分析

　　两种混合料的车辙试验、动态模量试验结果见表2、图3：

表2 两种沥青混合料的车辙试验结果 沥青混合料 AC-20基质沥青混合料 SMA-13改性沥青混合料 动稳定度(DS)(次/mm) 791 2896 车辙深度(mm) 6.9 3.4

　　图3 AC-20与SMA-13动态模量试验结果

　　由试验结果可以，动态模量试验对混合料动态模量和相位角的测试更为全面，可了解不同温度、加载频率下的材料性能变化情况，动态模量试验的评价指标在动态模量的基础上除以相位角的正弦，使得沥青混合料性能好坏的评价更为明显。动态模量指标︱E*︱/sinФ结合了动态模量和相位角两个参数全面表征了沥青混合料的弹性和粘性特性，它能表征混合料在高温下的粘弹性特性，能区分动态模量相同、相位角不同的两种混合料的性能，较动稳定度或车辙深度这种工程指标，它更为实用、有效 3、动态模量的应用 SPT对沥青混合料动态模量的测试与AASHTO 2002设计指南兼容，动态模量︱E*︱可直接用于沥青路面结构设计及路面性能评估(AASHTO 2002设计指南)，使得材料参数作为路面结构设计的输入，将材料设计与路面结构设计有机联系起来。基于实测的AC-20和SMA-13两种沥青混合料的动态模量值︱E*︱，采用AASHTO 2002设计软件进行路面结构性能分析，计算结果如图5-7所示。

 1/2    1 2 下一页 尾页