乳化沥青厂拌冷再生混合料疲劳性能研究

乳化沥青厂拌冷再生混合料疲劳性能研究

郑成星

新疆交投建设管理有限责任公司  新疆维吾尔自治区乌鲁木齐  830000

摘要：本论文采用劈裂疲劳试验对乳化沥青冷再生混合料的疲劳性能进行了深入探究。通过对劲度曲线的分析，发现乳化沥青冷再生混合料的劲度曲线具有独特的特性，包括一个拐点以及劲度迅速衰减和损伤稳定发展的两个阶段。同时，根据试验数据，确定了乳化沥青混合料的疲劳方程，为冷再生路面材料和路面结构设计提供了理论依据和参考。

关键词：乳化沥青；冷再生；劈裂疲劳试验；劲度曲线；疲劳方程

一、引言

乳化沥青冷再生技术因其大量使用废旧路面材料，能够很大程度上节省资源并保护环境。疲劳是路面设计的重要概念，对冷再生沥青混合料疲劳性能的研究是进行冷再生路面材料和路面结构设计的基础。本论文优选劈裂疲劳试验对乳化沥青再生混合料室内成型试件疲劳性能进行研究，以期对乳化沥青混合料疲劳性能研究提供数据支撑。

二、研究方法

   美国公路战略研究计划（SHRP）从对现场情况的模拟程度、试验结果的可应用性、试验方法的简便性等几个方面对不同试验方法进行综合评价。认为重复弯曲试验（特别是三分点加载试验）最能代表实际路面的受力状况，试验结果可直接用于设计，是疲劳试验的首选方法，但该试验需专门的设备，小梁试件制作困难（尤其对于冷再生混合料），且耗时、成本高；相比之下，劈裂疲劳试验简单易做，圆柱体试件制作也方便。因此，综合考虑试验方法的有效性和可操作性，本研究采用劈裂疲劳试验进行相关性能的研究。试验采用的加载装置为 MTS 材料试验仪，试验温度为 15±0.5℃，波形采用比较接近实际路面所承受的荷载的半正弦波。为避免试验出现脱空现象，从而对试件产生冲击作用，设置最小荷载为 0.2KN。试验前先进行预加载以保证试件与加载装置接触良好。选择的加载频率为10Hz，试验采用的应力比为 0.4、0.3、0.25。采用控制应力模式，通常以试件完全断裂为判断破坏的标准，此判断标准比较明确易操作且试验数据稳定，故采用这一标准。

三、劲度曲线分析与疲劳寿命确定

（一）劲度曲线分析

劲度是反应沥青混合料在给定温度和加载条件下的应力应变关系的参数。各种因素实质上通过影响沥青混合料的劲度来影响其疲劳性能，研究沥青混合料的劲度的变化规律对认识其疲劳性能具有关键作用。进行疲劳试验之前首先需要通过劈裂试验确定 15℃劈裂强度，试件类型为充分养生的试件样本，然后进行疲劳试验时依据试件各自的劈裂强度采用不同的应力比进行加载，试验过程采集数据的劲度曲线分别见图1-3。

图 1 应力比为 0.4 的劲度曲线

图 2 应力比为 0.3 的劲度曲线

图 3 应力比为 0.25 的劲度曲线

由图1~3可知，乳化沥青冷再生混合料劲度曲线只有一个拐点，曲线可分为两个阶段，即劲度迅速衰减阶段和损伤稳定发展阶段，没有明显的破坏阶段，这是乳化沥青混合料劲度曲线特性之一；第二，绝大部分曲线的损伤稳定发展阶段呈凹形。这可能是由于室内成型试件的沥青还没有老化，具有较强的粘弹性，自身愈合能力较强的特性有关，而且应力比越低愈合效果越显著。

（二）疲劳寿命的确定

基于劲度曲线的分析，为了确定拐点 1 的位置，对劲度曲线采用分段函数进行拟合，研究综合确定了拐点劲度模量，其计算结果和疲劳寿命结果见表1。由表1数据可知，大部分拐点 1 对应的劲度为初始劲度的35%。

表 1 劲度模量计算和疲劳寿命试验结果

本研究采用的是劈裂疲劳试验，应力取圆柱体试件中心水平方向的拉应力。另外，本研究以试件完全断裂为判断破坏的标准。因此，本研究提到的疲劳寿命均指代试件完全断裂时 的荷载作用次数。应力比为 0.4，0.3 和 0.25 对应的拉应力为 0.41MPa，0.31MPa 和 0.25MPa。 应用回归分析方法确定疲劳曲线如下图4和疲劳方程见下公式1。

图 4 疲劳方程曲线

 ，（公式1）

其中-疲劳寿命，-试件中心拉应力

四、研究结论

   本论文采用劈裂疲劳试验对乳化沥青混合料疲劳性能进行研究，发现乳化沥青冷再生混合料劲度曲线只有一个拐点，曲线可分为两个阶段，即劲度迅速衰减阶段和损伤稳定发展阶段，没有明显的破坏阶段，这是乳化沥青混合料劲度曲线特性之一；第二，绝大部分曲线的损伤稳定发展阶段呈凹形。这可能是由于室内成型试件的沥青还没有老化，具有较强的粘弹性，自身愈合能力较强的特性有关，而且应力比越低愈合效果越显著。基于试验结果，综合确定了乳化沥青混合料的疲劳方程。

参考文献

[1] 杨进. 乳化沥青冷再生混合料设计方法研究[D]. 上海：同济大学博士学位论文，2010。

[3] 江涛.冷再生沥青混合料用于重交路面改建时若干关键问题研究[D].上海:同济大学博士学位论文，2008。

[4] 孙立军，等著. 沥青路面结构行为理论[M]. 上海：同济大学出版社，2013。

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