顏可珍　王紹全　田珊　陳景豪　孫皓

摘???要：為了更好地評(píng)價(jià)應(yīng)力吸收層的抗反射裂縫性能，提出采用Overlay?Test（OT）試驗(yàn)測(cè)定SBS、WTR和WTR/APAO改性瀝青應(yīng)力吸收層在常規(guī)條件、浸水和長(zhǎng)期老化后的抗反射裂縫性能.?研究發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)周期數(shù)、荷載損失率和總斷裂能能夠很好地表1征應(yīng)力吸收層的抗反射裂縫性能;第一周期最大荷載和臨界斷裂能是評(píng)價(jià)初期開裂的指標(biāo).?試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)3種應(yīng)力吸收層在常規(guī)條件下均有良好的抗反射裂縫性能，但是水損壞對(duì)WTR/APAO的抗裂性能影響較大，長(zhǎng)期老化后WTR和WTR/APAO的抗反射裂縫性能大大降低.?3種應(yīng)力吸收層的OT試驗(yàn)最大荷載-周期數(shù)曲線符合冪函數(shù)變化規(guī)律.

關(guān)鍵詞：應(yīng)力吸收層;反射裂縫;Overlay?Test;水損壞;長(zhǎng)期老化;瀝青混合料

中圖分類號(hào)：U416.03????????????????????????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Research?on?Anti-reflective?Cracking?Performance

of?Stress-absorption?Interlayer?Based?on?Overlay?Test

YAN?Kezhen？，WANG?Shaoquan，TIAN?Shan，CHEN?Jinghao，SUN?Hao

（College?of?Civil?Engineering，Hunan?University，Changsha?410082，China）

Abstract：In?order?to?study?the?anti-reflective?crack?performance?of?stress-absorption?interlayer?（SAI），the?Overlay?Test（OT）?was?used?to?determine?the?anti-reflective?cracking?performance?of?SBS，WTR?and?WTR/APAO?modified?asphalt?SAI?under?standard?conditions，after?moisture?damage?and?long-term?aging.?The?research?shows?that?the?cycle?number，reduction?in?load?and?total?fracture?energy?can?characterize?the?anti-reflective?cracking?performance?of?SAI.?The?maximum?load?in?the?first?cycle?and?critical?fracture?energy?are?indicators?for?evaluating?initial?cracking.?It?is?found?that?three?stress-absorption?interlayers?have?good?anti-reflective?cracking?performance?under?standard?conditions.?However，the?moisture?damage?has?a?great?influence?on?the?crack?resistance?of?WTR/APAO.?The?anti-reflective?cracking?performances?of?WTR?and?WTR/APAO?are?greatly?reduced?after?long-term?aging.?The?OT?maximum?load-cycle?number?curve?of?three?SAIs?is?in?accordance?with?power?function.

Key?words：stress-absorption?interlayer;reflective?cracking;overlay?test;moisture?damage;long-term?aging;

asphal?tmixtures

顏可珍等：基于Overlay?Test評(píng)價(jià)應(yīng)力吸收層抗反射裂縫性能

在我國(guó)無論是廣泛應(yīng)用的半剛性基層瀝青路面還是“白改黑”工程中的瀝青路面加鋪層結(jié)構(gòu)，反射裂縫病害始終是我國(guó)瀝青路面中廣泛存在的一種破壞形式.?[1-3]為解決瀝青路面反射裂縫病害問題，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量研究，其中設(shè)置應(yīng)力吸收層被認(rèn)為是一種能夠有效防止反射裂縫的技術(shù)，因而在實(shí)際工程中得到了較多的應(yīng)用[4].?但是，對(duì)于應(yīng)力吸收層的抗反射裂縫性能試驗(yàn)研究，大多采用復(fù)合試件抗壓的疲勞試驗(yàn)來評(píng)價(jià)其抗裂性能[5]，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)應(yīng)力吸收層的研究還不夠深入和系統(tǒng).?國(guó)外學(xué)者采用Overlay?Test（OT）試驗(yàn)來模擬瀝青路面受下部拉力情況下的抗裂性能，OT試驗(yàn)?zāi)茌^為合理地模擬實(shí)際瀝青面層受反射裂縫的影響[6].同時(shí)國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，OT試驗(yàn)?zāi)軌蜉^好地評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗反射裂縫性能[7-8].?因此，本文提出采用OT試驗(yàn)對(duì)應(yīng)力吸收層的抗反射裂縫性能進(jìn)行深入研究，以期更充分地評(píng)價(jià)應(yīng)力吸收層的性能.

1???試驗(yàn)用材料

1.1???改性瀝青

研究對(duì)象為3種改性瀝青應(yīng)力吸收層混合料.?3種改性瀝青分別為SBS改性瀝青、廢膠粉（WTR）改性瀝青和新型WTR/APAO復(fù)合改性瀝青[9].后兩種改性瀝青由實(shí)驗(yàn)室制備得到.

改性瀝青所用改性劑有兩種，一是國(guó)產(chǎn)177?μm（80目）廢舊橡膠粉改性劑;二是美國(guó)亨斯邁公司生產(chǎn)的2385型APAO改性劑，APAO是一種非晶態(tài)α-烯烴，屬于熱塑性樹脂類改性劑[10].?其中WTR改性瀝青由70#基質(zhì)瀝青和15%廢膠粉制備而成;WTR/APAO復(fù)合改性瀝青由70#基質(zhì)瀝青、4%APAO和15%廢膠粉制備而成.

采取SBS改性瀝青作為對(duì)照組，試驗(yàn)用SBS改性瀝青為國(guó)產(chǎn)成品I-D型.?基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青的基本技術(shù)指標(biāo)見表11.?WTR改性瀝青和WTR/APAO改性瀝青的性能見表12.

1.2???集料及級(jí)配

試驗(yàn)采用的集料為湖南省產(chǎn)石灰?guī)r，集料性能符合規(guī)范要求，見表13.?根據(jù)唐曦[11]關(guān)于改性瀝青混合料應(yīng)力吸收層的研究，選擇應(yīng)力吸收層級(jí)配如表14所示，研究采用連續(xù)級(jí)配以確保級(jí)配的穩(wěn)定性.?同時(shí)在此級(jí)配下的最佳油石比選取8.8%.?應(yīng)力吸收層混合料的拌合溫度為175?℃，壓實(shí)溫度為170?℃.

2???Overlay?Test

2.1???試驗(yàn)方法

根據(jù)美國(guó)德克薩斯州TEX-248-F規(guī)范要求[12]，對(duì)3種改性瀝青應(yīng)力吸收層混合料通過旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)制備出一個(gè)直徑為150?mm，高為（115±5）?mm的圓柱形試件，按照?qǐng)D1的要求將試件進(jìn)行切割，最終得到如圖2所示的標(biāo)準(zhǔn)試件.

試件長(zhǎng)為150?mm，寬為76?mm，厚為38?mm，按規(guī)范要求制備平行試件3個(gè).?將切割好的試件用環(huán)氧樹脂黏結(jié)在兩塊拉伸盤上，如圖2所示.?每個(gè)試件上施加4.5?N的壓力，待8?h后認(rèn)為強(qiáng)度足夠，將整個(gè)試件安裝在UTM-30設(shè)備上，如圖3所示.

由圖3可知模具中間是一條2～3?mm的間隙，模具的下部固定而上部向上拉伸，模擬一個(gè)下部反射裂縫對(duì)應(yīng)力吸收層的作用.?規(guī)范要求以裂縫位移的長(zhǎng)度作為控制指標(biāo)，裂縫的目標(biāo)位移值為0.635?mm，試驗(yàn)溫度規(guī)定為25?℃.?試驗(yàn)荷載的加載波形為三角波，荷載循環(huán)周期為10?s.?通過上述荷載變化來模擬實(shí)際反射裂縫的閉合運(yùn)動(dòng)[8].?規(guī)范通過最終試件在達(dá)到破壞前所經(jīng)歷的荷載循環(huán)次數(shù)來評(píng)價(jià)試件對(duì)抗反射裂縫性能的敏感性.?規(guī)范中對(duì)于試件破壞的認(rèn)定條件是：當(dāng)試件在某次循環(huán)的最大荷載與初始循環(huán)最大荷載相比衰減達(dá)到了93%以上時(shí)，認(rèn)為試件發(fā)生破壞.?同時(shí)規(guī)范設(shè)定試驗(yàn)最大運(yùn)行周期為1?200次.

2.2???試驗(yàn)方案

除了按照規(guī)范要求對(duì)SBS、WTR和WTR/APAO三種改性瀝青制備的應(yīng)力吸收層進(jìn)行常規(guī)條件的OT試驗(yàn)外，還對(duì)應(yīng)力吸收層進(jìn)行浸水以及長(zhǎng)期老化處理后的OT試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度按照規(guī)范要求均為25?℃.?浸水和混合料的長(zhǎng)期老化試驗(yàn)按我國(guó)規(guī)范JTG?E20—2011中方法進(jìn)行.

3???試驗(yàn)結(jié)果與分析

UTM-30設(shè)備在進(jìn)行OT試驗(yàn)過程中，會(huì)自動(dòng)記錄試驗(yàn)周期數(shù)N、荷載損失率R、拉伸荷載、拉伸應(yīng)力、位移和溫度等參數(shù).?本文選取自動(dòng)記錄的試驗(yàn)參數(shù)有：試驗(yàn)周期數(shù)N、荷載損失率R、臨界斷裂能Ec和第一周期最大荷載F.

同時(shí)根據(jù)前人研究引入總斷裂能G來進(jìn)一步評(píng)價(jià)應(yīng)力吸收層的抗反射裂縫性能.?總斷裂能由試件的最大荷載-周期曲線下所包圍的面積（即整個(gè)周期內(nèi)所有荷載的總和）表1示混合料開裂的總斷裂能[5]，如圖4所示.

3.1???常規(guī)條件下OT結(jié)果

常規(guī)條件下3種應(yīng)力吸收層的OT試驗(yàn)結(jié)果見表15，最大荷載-周期變化曲線如圖5所示.

從表15可發(fā)現(xiàn)在常規(guī)條件下，3種應(yīng)力吸收層的試驗(yàn)周期數(shù)N均在達(dá)到1?200次時(shí)荷載損失率R值小于93%.?當(dāng)周期數(shù)達(dá)到1?200次時(shí)，SBS的荷載損失是最少的，R值僅為68.2%;而WTR和WTR/APAO的荷載損失率較大且較為相近，R值分別為87.1%和86.83%.?3組材料的總斷裂能G變化規(guī)律為WTR/APAO>WTR>SBS.?說明在整個(gè)反射裂縫作用周期中，WTR/APAO破壞所需能量最多.?第一周期最大荷載和臨界斷裂能變化規(guī)律一致，均是WTR/APAO>WTR>SBS，說明WTR/APAO應(yīng)力吸收層需要更多的力和能量才能在初期形成反射裂縫.

從圖5中可看出，3種材料的曲線變化規(guī)律相似：試驗(yàn)初期荷載迅速下降，后期趨于緩慢減小.?但是3種材料的不同之處也較為明顯.?SBS應(yīng)力吸收層的3個(gè)平行試件的變化曲線較為接近且初始荷載較小.?WTR和WTR/APAO兩種材料應(yīng)力吸收層的初始荷載是SBS的2倍左右.?與SBS相比同周期數(shù)時(shí)的荷載數(shù)值也更大，荷載降低速率也更快.?可以說明最大荷載-周期變化曲線能很好地反映材料在整個(gè)承受反射裂縫作用過程中的變化規(guī)律和特點(diǎn).

3.2???浸水后應(yīng)力吸收層OT結(jié)果

3種應(yīng)力吸收層試件在經(jīng)過水損壞作用后的OT試驗(yàn)結(jié)果見表16，相應(yīng)的最大荷載-試驗(yàn)周期變化曲線如圖6所示.

由表16可知，在經(jīng)歷過水損壞之后SBS和WTR應(yīng)力吸收層試件的試驗(yàn)周期數(shù)N仍達(dá)到1?200次而WTR/APAO試件的試驗(yàn)周期的均值為815次且只有一個(gè)試件達(dá)到1?200次，同時(shí)試驗(yàn)的VAR值的離散性較小.?這說明水損壞作用對(duì)WTR/APAO應(yīng)力吸收層的影響較為明顯.?3種材料的荷載損失率R值較常規(guī)條件下均有所增加.?3組材料的總斷裂能G的

規(guī)律與常規(guī)條件一致，雖然WTR/APAO的試驗(yàn)周期數(shù)較少，但在整個(gè)過程中卻需要最多的斷裂能來完成裂縫的擴(kuò)展和發(fā)展.?第一周期最大荷載和臨界斷裂能的變化規(guī)律與常規(guī)條件下一致.?總體而言，浸水對(duì)SBS和WTR兩種應(yīng)力吸收層的破壞并不十分顯著，而對(duì)WTR/APAO應(yīng)力吸收層有不利的影響.?這與應(yīng)力吸收層較高的壓實(shí)度有關(guān)，致密的結(jié)構(gòu)會(huì)降低水對(duì)混合料結(jié)構(gòu)的影響.

從圖6中可看出，SBS在浸水后的曲線變化與常規(guī)條件下無明顯區(qū)別.?WTR的曲線變化特點(diǎn)是在100次左右完成了荷載的迅速下降，100～800次周期間是一個(gè)速率較緩的荷載下降過程，而800次之后出現(xiàn)了接近平行緩慢下降的現(xiàn)象.?WTR/APAO?3個(gè)試件的變化差別較大，試件在50次循環(huán)周期內(nèi)就完成了荷載的迅速下降，然后進(jìn)入平行緩慢下降過程;試件3則是在初期荷載迅速下降后，整體以接近45°的下降速率而達(dá)到破壞;試件2則是呈現(xiàn)了常規(guī)的變化規(guī)律，展現(xiàn)了良好的抗反射裂縫性能.

3.3???長(zhǎng)期老化后應(yīng)力吸收層OT結(jié)果

在道路結(jié)構(gòu)中應(yīng)力吸收層屬于中間層，雖然不與大氣環(huán)境直接接觸，但是由于瀝青混合料的孔隙聯(lián)通，中間層仍會(huì)在一定程度上受到環(huán)境等因素的影響產(chǎn)生老化，從而影響使用性能.?因此對(duì)應(yīng)力吸收層的老化性能研究便具有一定的必要性.?研究進(jìn)行了應(yīng)力吸收層在經(jīng)過長(zhǎng)期老化后的OT試驗(yàn)，結(jié)果見表17，最大荷載-試驗(yàn)周期變化曲線如圖7所示.

由表17可發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期老化使WTR和WTR/APAO的試驗(yàn)周期數(shù)明顯下降，N值均下降到了300次左右.?而SBS在經(jīng)過長(zhǎng)期老化后仍達(dá)到了1?200次，同時(shí)荷載損失率只有72.3%.?由第一周期最大荷載和臨界斷裂能的數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，WTR應(yīng)力吸收層的開裂需要更大的力和能量，WTR/APAO和SBS所需能量較少，這與常規(guī)和浸水后的規(guī)律有所不同.?這說明WTR/APAO應(yīng)力吸收層在經(jīng)過長(zhǎng)期老化后喪失了之前的強(qiáng)度，更易開裂.?同時(shí)由于WTR和WTR/APAO的過早破壞，導(dǎo)致兩者的總斷裂能結(jié)果與SBS的差距較大.?從OT參數(shù)可發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期老化作用降低了WTR和WTR/APAO兩種應(yīng)力吸收層的變形性和延展性，兩者的抗裂性能有著明顯的降低.?與SBS應(yīng)力吸收層的差異，一方面歸結(jié)為兩種瀝青材料在制備過程中的高溫對(duì)瀝青老化的加劇;再者是兩種自制材料制備工藝的不成熟導(dǎo)致的改性瀝青性質(zhì)不均.

從圖7中可看出，SBS在長(zhǎng)期老化后的荷載-周期曲線變化與前兩種條件下并無明顯區(qū)別，性質(zhì)優(yōu)良且穩(wěn)定.?WTR的2個(gè)試件在初期破壞后迅速失效.?另一個(gè)試件卻展現(xiàn)了不錯(cuò)的變化趨勢(shì)，在經(jīng)歷了800次循環(huán)后逐漸達(dá)到破壞.?WTR/APAO應(yīng)力吸收層的3個(gè)試件在初期經(jīng)過荷載的迅速下降后，在200次周期內(nèi)便發(fā)生了迅速破壞或在一種臨近破壞的狀態(tài)下平行緩慢下降，這說明在長(zhǎng)期老化后WTR/APAO應(yīng)力吸收層的抗裂性喪失殆盡.

3.4???不同條件對(duì)抗反射裂縫性能的影響

由圖8（a）可知，浸水和老化對(duì)SBS的影響最小，3種情況下N值均達(dá)到1?200次.?浸水對(duì)WTR/APAO的影響最大，老化對(duì)WTR和WTR/APAO的試驗(yàn)周期次數(shù)影響明顯.

由圖8（b）可知，3種應(yīng)力吸收層在經(jīng)過浸水和老化后荷載損失率均有所增加.?對(duì)SBS而言水損壞對(duì)R值的影響大于老化作用.?對(duì)于WTR和WTR/APAO來說，老化作用的影響大于水損壞.?在3種條件下SBS的荷載損失率都是最小的，而WTR和WTR/APAO的荷載損失率均較高且相差不大.

從圖8（c）可知，在常規(guī)條件下三者在抵抗反射裂縫中所需的總斷裂能依次是WTR/APAO>WTR>SBS，浸水后三者的總斷裂能相差不大，老化后由于WTR和WTR/APAO的周期數(shù)迅速減少而導(dǎo)致總斷裂能下降迅速.?在經(jīng)歷過浸水和老化之后3種應(yīng)力吸收層的總斷裂能均有所下降且老化的影響更加顯著（SBS老化后略有升高）.

圖8（d）（e）的變化規(guī)律相似，SBS和WTR的第一周期最大荷載和臨界斷裂能均是老化>浸水>常規(guī).?這說明老化和水損壞導(dǎo)致需要更多的力和能量來產(chǎn)生裂縫.?WTR/APAO在常規(guī)和浸水條件下第一周期最大荷載和臨界斷裂能相似，但是老化后下降明顯，這與其他參數(shù)的變化規(guī)律一致，說明老化造成了試件的硬化和強(qiáng)度降低，基本破壞了試件的抗裂性能.

綜上可發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)周期數(shù)、荷載損失率和總斷裂能指標(biāo)可以很好地反映和評(píng)價(jià)試件整體的抗裂性能，而第一周期最大荷載和臨界斷裂能是評(píng)價(jià)試件初期裂縫產(chǎn)生時(shí)的指標(biāo).

3.5???OT曲線擬合

可以發(fā)現(xiàn)圖5、圖6和圖7中的3種應(yīng)力吸收層在不同條件下的最大荷載-周期曲線符合冪函數(shù)變化規(guī)律.?采用公式（1）對(duì)典型的變化曲線進(jìn)行擬合得到表18所示擬合結(jié)果.

y?=?a·x-b?+?ε，ε：N（0，δ2）.?????（1）

通過表18可發(fā)現(xiàn)在常規(guī)和浸水后曲線的變化規(guī)律十分符合冪函數(shù)的變化規(guī)律，變異系數(shù)R2達(dá)到了0.95以上.?而長(zhǎng)期老化后WTR和WTR/APAO由于試件的迅速破壞而導(dǎo)致了曲線的擬合度不高，但是在周期數(shù)600次以上的曲線擬合的變異系數(shù)也達(dá)到了0.8以上.?這說明應(yīng)力吸收層的OT最大荷載-周期曲線變化符合冪函數(shù)變化規(guī)律.

冪函數(shù)的參數(shù)a、b代表1曲線變化的速率，a值和b值越大說明荷載衰減得越快.?從3種材料在不同條件下的擬合曲線可發(fā)現(xiàn)：荷載衰減的速率為WTR/APAO>WTR>SBS.?老化和水損壞作用能加大應(yīng)力吸收層荷載衰減速率，且老化的影響要大于水損壞.?與WTR和WTR/APAO相比，SBS受水損壞和老化的影響荷載衰減速率增加得并不明顯.

4???結(jié)???論

通過對(duì)SBS、WTR和WTR/APAO?3種改性瀝青應(yīng)力吸收層進(jìn)行常規(guī)、浸水和長(zhǎng)期老化后的OT試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了不同條件下3種應(yīng)力吸收層的抗反射裂縫性能，新的材料和研究方法為實(shí)際工程中的反射裂縫病害防治問題提供了參考.?研究得到主要結(jié)論如下：

1）OT試驗(yàn)可以很好地評(píng)價(jià)應(yīng)力吸收層的抗反射裂縫性能，試驗(yàn)周期數(shù)、荷載損失率和總斷裂能能夠有效地評(píng)價(jià)試件整體的抗裂性能，第一周期最大荷載和臨界斷裂能是評(píng)價(jià)初期開裂的指標(biāo).

2）3種應(yīng)力吸收層在常規(guī)條件下均有良好的抗反射裂縫性能，但水損壞對(duì)WTR/APAO的抗裂性能影響較大，長(zhǎng)期老化后WTR和WTR/APAO抗裂性大幅衰減.

3）3種應(yīng)力吸收層的最大荷載-周期數(shù)曲線符合冪函數(shù)變化規(guī)律.?曲線參數(shù)a、b表1征荷載衰減的速率，a值和b值越大說明荷載衰減得越快.

4）基于OT試驗(yàn)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將不同類型的應(yīng)力吸收層更恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用到不同條件下的實(shí)際道路防反射裂縫工程中，可針對(duì)性地防治反射裂縫病害.

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