季 節(jié)，索 智，石越峰，許 鷹，徐世法，奚 進(jìn)

（北京建筑大學(xué) 土木與交通工程學(xué)院，北京 100044）

疲勞開(kāi)裂是瀝青路面主要的破壞模式之一，當(dāng)路面在重復(fù)荷載作用下達(dá)到一定次數(shù)后，就會(huì)產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂［1］.目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)瀝青混合料疲勞性能的研究方法大致分為現(xiàn)象學(xué)法、力學(xué)近似法和耗散能法3類(lèi)，但這3類(lèi)方法很難對(duì)瀝青混合料的疲勞性能進(jìn)行統(tǒng)一的預(yù)測(cè).瀝青混合料疲勞性能的試驗(yàn)方法很多，如檢測(cè)實(shí)際瀝青路面在真實(shí)汽車(chē)荷載作用下的疲勞性能、用足尺路面結(jié)構(gòu)模擬汽車(chē)荷載作用下的疲勞性能、室內(nèi)小型材料試件的疲勞試驗(yàn)等，每種方法均有各自的優(yōu)、缺點(diǎn).SHRP通過(guò)對(duì)不同試驗(yàn)方法的優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行比較，認(rèn)為小梁彎曲疲勞試驗(yàn)最能代表路面實(shí)際受力狀況，是瀝青混合料疲勞性能試驗(yàn)的首選方法［2］.JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》也規(guī)定瀝青混合料的疲勞性能應(yīng)采用四點(diǎn)梁彎曲疲勞試驗(yàn).

從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，Monismith，van Dijk，Pronk等［2－4］就分別采用耗散能法分析了瀝青混合料的疲勞特性.李闖［5］采用耗散能法和四點(diǎn)梁彎曲疲勞試驗(yàn)分析了瀝青混合料在不同荷載頻率下的疲勞性能.張婧娜、唐雪松等［6－7］以耗散能法為基礎(chǔ)，提出了瀝青混合料疲勞性能的能量方程，并用損傷力學(xué)法分析了裂縫的形成和擴(kuò)展.楊麗英等［8］對(duì)AC－20溫拌再生瀝青混合料的疲勞性能進(jìn)行了四點(diǎn)梁彎曲疲勞試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)該瀝青混合料的疲勞性能不及熱拌瀝青混合料.陳靜云等［9］對(duì)表面活性類(lèi)溫拌再生SMA 瀝青混合料的疲勞性能進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其具有一定的抗疲勞性能.

綜上可見(jiàn)，對(duì)于普通瀝青混合料，國(guó)內(nèi)外學(xué)者早已采用耗散能法和四點(diǎn)梁彎曲疲勞試驗(yàn)對(duì)其疲勞性能進(jìn)行研究，但對(duì)于近年來(lái)興起的熱拌再生瀝青混合料（hot recycled asphalt mixture，簡(jiǎn)稱(chēng)HRAM）或溫拌再生瀝青混合料（warm recycled asphalt mixture，簡(jiǎn)稱(chēng)WRAM），雖然已有采用四點(diǎn)梁彎曲疲勞試驗(yàn)對(duì)其疲勞性能進(jìn)行的研究，但采用耗散能法的試驗(yàn)卻相對(duì)較少.

本文試圖采用耗散能法和四點(diǎn)梁彎曲疲勞試驗(yàn)來(lái)分析熱拌及溫拌再生SMA 瀝青混合料的疲勞性能.

1 材料性能

1.1 RAP

采用的RAP來(lái)自京沈高速公路北京段的上面層，混合料類(lèi)型為SMA－13.由于RAP經(jīng)過(guò)銑刨，級(jí)配已經(jīng)發(fā)生較大改變，根據(jù)JTG F41—2008《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，本文以4.75，9.5，16 mm 為界限，將RAP 破碎成0～5，5～10，10～16mm 三檔，去除16mm 以上超粒徑的RAP.對(duì)三檔RAP分別進(jìn)行抽提試驗(yàn)，并測(cè)試其級(jí)配、密度及回收瀝青性能.

1.2 新材料

礦料為礦粉、0～3 mm 石灰?guī)r、5～10，10～15mm玄武巖，瀝青采用SBS改性瀝青.

2 HRAM，WRAM 設(shè)計(jì)

2.1 HRAM 設(shè)計(jì)

首先，按照廠拌熱再生設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)摻RAP（質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%，20%，30%）的3種HRAM，混合料類(lèi)型仍為SMA－13，3種HRAM 的級(jí)配見(jiàn)表1.其次，在這3種混合料中添加木質(zhì)纖維，其添加量為混合料質(zhì)量的0.3%.

表1 3種HRAM 的級(jí)配Table 1 Gradations（by mass）of three HRAMs %

分別測(cè)試3種HRAM 的物理、力學(xué)性能，確定其最佳瀝青用量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別為6.8%，6.0%，5.7%.

2.2 WRAM 設(shè)計(jì)

基于上述3 種級(jí)配和最佳瀝青用量，分別在HRAM 中加入瀝青總質(zhì)量3%的Sasobit溫拌劑（德國(guó)Sasol－Wax公司產(chǎn)品）來(lái)設(shè)計(jì)WRAM.

2.3 HRAM 和WRAM 的制備

按照HRAM 的制備工藝制備WRAM，其中新礦料的加熱及拌和溫度比HRAM 的新礦料加熱及拌和溫度低30℃以上，分別為155℃和145℃，并采用干拌法（DP）和濕拌法（WP）兩種拌和工藝進(jìn)行制備.

3 HRAM 和WRAM 的疲勞性能

3.1 疲勞試驗(yàn)條件

HRAM 和 WRAM 的疲勞試驗(yàn)按照J(rèn)TG E20—2011 規(guī)程進(jìn)行，試件尺寸為380.0mm×63.5mm×50.0mm.試驗(yàn)設(shè)備為澳大利亞生產(chǎn)的UTM，采用應(yīng)變控制模式，應(yīng)變分別為750×10－6，950×10－6，1 150×10－6，偏正弦波連續(xù)加載，頻率10Hz.

3.2 HRAM 和WRAM 的疲勞性能分析

HRAM 和WRAM 四點(diǎn)梁彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，其中N 為疲勞次數(shù)，CDE為累積耗散能.

表2 HRAM 和WRAM 的疲勞壽命及累積耗散能Table 2 Fatigue life and cumulative dissipated energy（CDE）of HRAM and WRAM

由表2可見(jiàn)：

（1）摻0%，20%，30% RAP 的 HRAM 和WRAM，其疲勞壽命與累積耗散能在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下具有良好的線(xiàn)性關(guān)系，這種線(xiàn)性關(guān)系不隨RAP 摻量、拌和工藝的變化而改變.

（2）基于HRAM 和WRAM 的疲勞壽命與累積耗散能之間良好的線(xiàn)性關(guān)系，完全可用HRAM 和WRAM 累積耗散能來(lái)表征疲勞性能，即HRAM 和WRAM 的累積耗散能越大，其疲勞性能越好.

HRAM 和WRAM 的累積耗散能隨應(yīng)變變化曲線(xiàn)如圖1，2所示.

圖1 HRAM 和WRAM 的累積耗散能隨應(yīng)變變化曲線(xiàn)Fig.1 Cumulative dissipated energies of HRAM and WRAM over strain

由圖1，2可以看出：

圖2 HRAM 和WRAM 的累積耗散能隨混合料類(lèi)型變化曲線(xiàn)Fig.2 Cumulative dissipated energies of HRAM and WRAM over type of asphalt mixture

（1）HRAM 和WRAM 的疲勞性能隨應(yīng)變?cè)黾佣档?當(dāng)應(yīng)變?cè)诘退綍r(shí)，HRAM，WRAM 的累積耗散能與RAP 摻量的相關(guān)性較為明顯，即HRAM，WRAM 的累積耗散能隨RAP摻量的增加而顯著下降，相對(duì)而言，HRAM 的累積耗散能對(duì)RAP摻量變化更為敏感，其累積耗散能隨RAP摻量增加顯著下降.當(dāng)應(yīng)變?cè)诟咚綍r(shí)，HRAM，WRAM的累積耗散能與RAP 摻量之間的相關(guān)性不大，即HRAM，WRAM 的累積耗散能隨RAP摻量增加緩慢下降.

（2）在同一應(yīng)變和RAP摻量下，HRAM 的累積耗散能大于WRAM 的累積耗散能.當(dāng)RAP摻量為0%時(shí)，HRAM 的累積耗散能明顯大于WRAM 的累積耗散能，而當(dāng)RAP 摻量為30%時(shí)，HRAM 的累積耗散能與WRAM 的累積耗散能相差不大，這說(shuō)明Sasobit溫拌劑的加入，雖然對(duì)再生瀝青混合料本身的疲勞性能產(chǎn)生了不利影響，但這種負(fù)面作用會(huì)隨著RAP摻量的提高而逐漸減弱，即Sasobit溫拌劑的加入可減緩再生瀝青混合料中由于RAP 摻量增加帶來(lái)的混合料疲勞性能的下降.

（3）對(duì)于同一應(yīng)變和RAP 摻量下的WRAM，拌和工藝對(duì)其累積耗散能有一定的影響，相對(duì)而言，采用DP法的WRAM 累積耗散能更高.這是因?yàn)榧尤氲腟asobit溫拌劑高溫熔融后在瀝青－礦料界面形成保護(hù)層，從而增加瀝青混合料的疲勞性能.

4 結(jié)論

（1）摻0%，20%，30%RAP的HRAM 和WRAM，其疲勞壽命與累積耗散能在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下，具有良好的線(xiàn)性關(guān)系，因此，可用HRAM 和WRAM 的累積耗散能來(lái)表征其疲勞性能.

（2）摻入RAP對(duì)HRAM 和WRAM 的疲勞性能影響較大，RAP摻量越高，HRAM 和WRAM 的疲勞性能越差.

（3）從HRAM 和WRAM 累積耗散能的大小可知，加入Sasobit溫拌劑的溫拌技術(shù)對(duì)再生瀝青混合料的疲勞性能有一定的負(fù)面作用，即Sasobit溫拌劑可減緩再生瀝青混合料中由于RAP 摻量增加而帶來(lái)的混合料疲勞性能的下降.

（4）拌和工藝對(duì)WRAM 的疲勞性能有一定的影響，相對(duì)而言，采用DP法的WRAM 其疲勞性能更好.

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