【摘 要】
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近年来轮迹下的剪切流动型车辙和Top-Down开裂已成为沥青路面病害的主要表现形式,严重影响其耐久性。本文基于钻芯取样及有限元计算,分析了路面轮迹处病害成因,提出了贯入剪切疲劳试验方法,据此评价典型沥青混合料的抗剪切疲劳性能。首先,主干路钻芯取样结果表明,沥青路面轮迹处病害多为剪切流动型车辙和TopDown开裂;对北京市典型沥青路面结构进行有限元计算,证明剪应力是轮迹处破坏的主要原因,且并不是由于
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近年来轮迹下的剪切流动型车辙和Top-Down开裂已成为沥青路面病害的主要表现形式,严重影响其耐久性。本文基于钻芯取样及有限元计算,分析了路面轮迹处病害成因,提出了贯入剪切疲劳试验方法,据此评价典型沥青混合料的抗剪切疲劳性能。首先,主干路钻芯取样结果表明,沥青路面轮迹处病害多为剪切流动型车辙和TopDown开裂;对北京市典型沥青路面结构进行有限元计算,证明剪应力是轮迹处破坏的主要原因,且并不是由于单次剪应力过大,而是重复荷载剪切疲劳作用导致。其次,为了评价轮迹处病害产生,需要找到一种沥青混合料剪切疲劳性能的试验方法,对比多种剪切试验并通过有限元计算,发现重复贯入剪切试件内部与车辆轮迹边缘的剪力分布相似,其破坏形式与实际剪切流动型车辙和Top-Down开裂相同,证明了该方法的有效性,所以提出60℃与15℃下的贯入剪切疲劳试验评价轮迹处剪切流动型车辙与Top-Down型裂缝。然后,由于影响沥青混合料抗剪性能的主要因素为混合料类型与胶结料,上面层采用AC-13典型级配,通过DSR、BBR及黏附性试验对沥青性能进行评价,选择三种代表性的胶结料分别为基质沥青、SBS改性及橡胶SBS复合改性沥青,进行混合料的剪切试验。再次,通过60℃和15℃单轴贯入试验测定不同沥青混合料的剪切强度,并对紫外老化与冻融循环后其抗剪强度衰减规律进行研究。贯入剪切疲劳试验评价沥青混合料的抗剪切疲劳性能,在60℃下进行贯入剪切疲劳试验,选用0.7、0.9、1.1、1.3MPa四个应力水平,测定3种沥青混合料的剪疲劳寿命来评价其抗剪切流动型车辙性能;在15℃下进行贯入剪切疲劳试验,选用0.2,0.3,0.4,0.5四个应力比进行循环加载,提出以劲度模量残留比突变点为剪切疲劳开裂的失效判据,评价其抗Top-Down剪切疲劳开裂性能。试验研究表明橡胶SBS复合改性沥青混合料的抗剪切疲劳及耐老化性能最优,SBS改性沥青次之,基质沥青最差;车辆循环碾压下的剪力作用是导致沥青路面轮迹处病害的主要原因,外界环境老化加剧了病害的发生。最后,基于MMLS3小型加速加载设备对沥青混合料的抗剪耐久性展开研究,结果表明橡胶SBS复合改性沥青经加速加载设备碾压后其抗剪耐久性最佳;沥青路面轮迹处的剪切流动型车辙与Top-Down开裂并非相互独立的,车辙会加剧裂缝的扩展,开裂也会加速车辙的产生。所以在沥青面层设计阶段应综合考虑由剪切疲劳寿命不足导致的剪切流动型车辙与Top-Down开裂,选择抗剪性能较优的材料,对减少沥青路面轮迹处病害产生,提高其耐久性具有重要意义。
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