本文結合分形理論對外摻法連續密級配橡膠顆粒瀝青混合料的低溫力學性能。采用低溫劈裂實驗，并以抗拉強度、拉伸應變、破壞勁度模量三種為指標進行評價。
關鍵詞：連續密級配； 橡膠顆粒瀝青混合料； 低溫劈裂實驗
Abstract: this paper combine the fractal theory of foreign mixed method of continuous dense-graded asphalt mixture of rubber particles at low temperature mechanical properties. Adopt the Low-temperature cleavage experiments, and to evaluate the tensile strength, tensile strain, failure stiffness modulus of three indicators.
Key words: continuous dense-graded; rubber particles of asphalt mixture; low temperature splitting experiment
中圖分類號： V255+.3 文獻標識碼：A 文章編號：
0 引言
在內蒙古的東部地區，低溫裂縫是瀝青路面的主要病害之一。溫度驟降或溫度反復升降的交變作用，會導致瀝青路面出現各種形式的溫度裂縫。這些裂縫影響路面外觀的同時，也使路面使用性能在行車荷載和水的共同作用下降低。國內外許多道路工作者對瀝青混合料的低溫性能進行研究，研究較成熟的是在瀝青中摻加改性劑來改善瀝青的性能
[1-2]。現在，不少道路工作者將橡膠作為集料加入到瀝青混合料當中來改善瀝青的性能
[3]。分形幾何學已經在自然界與物理學中得到了廣泛應用
[4]。本文在前人研究的基礎上，對瀝青混合料低溫劈裂實驗進行低溫力學性能進行了研究。
1 評價方法確定
瀝青混合料抵抗低溫收縮的能力稱為低溫抗裂性。研究瀝青混合料低溫抗裂性能的方法很多，如溫度應力試驗、彎曲試驗、低溫劈裂等等，其試驗結果均可用于表征瀝青混合料的低溫抗裂性能。過去一般采用溫度應力試驗來研究瀝青混合料的低溫抗裂性能，并模擬溫度循環進行疲勞破壞。但是這種試驗有其局限性，一方面試驗條件要求很高，另一方面，試驗難以真正模擬實際的溫度循環。由于溫度循環周期直接影響疲勞壽命，所以溫度
應力試驗的循環升溫和降溫作用也只是相對比較其性質，并不能完全反映實際情況
[4-5]。結合以上要求以及現實的實驗條件，本文最終采用瀝青混合料低溫劈裂實驗的抗拉強度、拉伸應變、破壞勁度模量來檢測橡膠顆粒瀝青混合料的低溫抗裂性能。
2 試驗及結果
2.1原材料技術性能檢測
檢測試驗用集料、礦粉、4目橡膠顆粒和90#石油瀝青的物理指標列于表1、2，檢測指標均符合我國技術規范
[6] 和規范
[7]的要求。
表1集料密度
Table 1 Density of mixture
|
試驗項目 |
表觀密度（g/cm3） |
表干密度（g/cm3） |
毛體積密度（g/cm3） |
|
粗集料1 |
2.730 |
2.704 |
2.683 |
|
粗集料2 |
2.730 |
2.653 |
2.631 |
|
細集料 |
2.740 |
- |
- |
|
礦粉 |
2.968 |
- |
- |
|
橡膠顆粒 |
1.273 |
- |
- |
表2 石油瀝青技術指標
Table2 Technical indexes of asphalt
|
試驗項目 |
延度（15℃，5cm/min）(㎝) |
針入度（25℃，100g，5s）（0.1㎜） |
軟化點（環球法）（℃） |
密度（15℃）（g/cm3） |
針入度指數PI |
T1.2(℃) |
T800(℃) |
|
檢測結果 |
﹥100 |
89.5 |
48.7 |
0.992 |
-1.13 |
-12.66 |
46.78 |
2.2橡膠顆粒瀝青混合料的級配組成設計
根據研究目的及工程實踐選擇如圖1所列的級配作為室內研究的目標級配，并進行混合料的組成設計。用碎石、橡膠顆粒作為集料，按外摻法配制橡膠顆粒瀝青混合料，對各種集料進行篩分�？紤]到橡膠顆粒自身密度小彈性高的特點，會使成型后試件的體積產生回彈，所以橡膠顆粒的摻量控制較少，本文在研究中將橡膠顆粒摻量控制在為2%。選取相應的礦料級配；根據篩分試驗數據，采用規劃求解計算各種礦料用量，最終確定混合料的合成級配，見圖1。
圖1 橡膠顆�？刂茷�2%時的合成級配曲線
Fig.1 Gradation curves of crumb rubber occupy 2%
2.3最佳瀝青用量的確定
對接近級配中值的混合料進行馬歇爾試驗
[8]，瀝青用量分別采用4.0%、4.5%、5.0%、5.5%、6.0%。馬歇爾試件的體積參數及力學指標測定如表4所示：
表3馬歇爾試驗體積參數表
Table 3 Volume parameters of Marshall test
|
瀝青用量(%) |
空隙率(%) |
飽和度(%) |
穩定度(kN) |
毛體積密度(g/cm3) |
流值（0.1m） |
|
4.0 |
7.4 |
54.6 |
5.86 |
2.287 |
2.43 |
|
4.5 |
5.8 |
63.3 |
6.57 |
2.309 |
2.49 |
|
5.0 |
4.6 |
70.7 |
8.00 |
2.321 |
2.64 |
|
5.5 |
5.4 |
69.0 |
7.07 |
2.286 |
2.68 |
|
6.0 |
7.3 |
63.5 |
6.62 |
2.226 |
3.49 |
根據表中的數據，以瀝青用量為橫坐標，分別以毛體積密度、空隙率、間隙率、瀝青飽和度、馬歇爾穩定度和流值為縱坐標繪制曲線圖，按照馬歇爾試驗方法計算得到此時的最佳瀝青用量為4.87%。
2.4低溫劈裂試驗及結果
試件在規定溫度規定時間下處理，在瀝青材料性能試驗機上進行橡膠顆粒瀝青混合料的低溫劈裂試驗，試驗溫度分別為-10℃、-15℃、-20℃，加載速率1mm/min，得到相應試驗數據。如下表5所示：
表4 低溫劈裂實驗數據
Table 4 Volume parameters of temperature mechanical properties test
|
編號 |
最大荷載（KN） |
水平變形（mm） |
垂直變形（0.1mm） |
泊松比 |
抗拉強度（MPa） |
拉伸
應變 |
破壞勁度模量（MPa） |
|
〔-10℃〕1 |
28.76 |
5.86 |
21.19 |
0.25 |
2.847 |
0.122 |
40.141 |
|
〔-10℃〕2 |
30.54 |
6.44 |
23.26 |
0.25 |
3.023 |
0.134 |
38.831 |
|
〔-10℃〕3 |
31.25 |
6.61 |
23.87 |
0.25 |
3.093 |
0.137 |
38.719 |
|
〔-10℃〕4 |
29.48 |
6.15 |
22.21 |
0.25 |
2.918 |
0.128 |
39.256 |
|
〔-15℃〕1 |
23.17 |
3.40 |
12.29 |
0.25 |
2.294 |
0.071 |
55.757 |
|
〔-15℃〕2 |
22.88 |
3.38 |
12.24 |
0.25 |
2.265 |
0.071 |
55.284 |
|
〔-15℃〕3 |
23.67 |
3.61 |
13.02 |
0.25 |
2.343 |
0.075 |
53.766 |
|
〔-15℃〕4 |
20.47 |
3.11 |
11.25 |
0.25 |
2.026 |
0.064 |
53.813 |
|
〔-20℃〕1 |
23.99 |
3.01 |
10.86 |
0.25 |
2.375 |
0.062 |
65.332 |
|
〔-20℃〕2 |
21.68 |
2.95 |
10.67 |
0.25 |
2.146 |
0.061 |
60.092 |
|
〔-20℃〕3 |
21.99 |
3.17 |
11.48 |
0.25 |
2.177 |
0.066 |
56.651 |
|
〔-20℃〕4 |
20.92 |
3.25 |
11.74 |
0.25 |
2.071 |
0.067 |
52.701 |
3 試驗結果分析
根據上表計算得出每組試件的抗拉強度、拉伸應變和破壞勁度模量的平均值如表8所示：
表5 各溫度下評價指標的平均值
Table 5 The average of index at different temperatures
|
溫度（°C） |
抗拉強度（MPa） |
拉伸應變 |
破壞勁度模量（MPa） |
|
-10 |
2.970 |
0.131 |
39.267 |
|
-15 |
2.232 |
0.074 |
54.655 |
|
-20 |
2.192 |
0.064 |
58.694 |
由表5可以分析出，隨著溫度的變化橡膠顆粒瀝青混合料抗拉強度有如下的變化規律：隨著溫度降低，瀝青混合料的抗拉強度逐漸降低。隨著溫度的變化瀝青混合料拉伸應變有如下的變化規律：隨著溫度降低，瀝青混合料的拉伸應變在逐漸降低。隨著溫度降低，瀝青混合料的破壞勁度模量呈上升趨勢。在本試驗中所研究的三種溫度的橡膠顆粒瀝青混合料在從 -10℃到-15℃之間抗拉強度、拉伸應變和破壞勁度模量三種指標的變化率比在-15℃到-20℃時的變化率大。由于橡膠顆粒的加入使得瀝青混合料的內部結構發生變化，各集料間粘結作用和柔韌性都有所改變。
4 結論
（1）在低溫環境中，從 -10℃到-15℃之間抗拉強度、拉伸應變和破壞勁度模量三種指標的變化率較大，說明在該溫度段內材料的低溫力學性能變化明顯。
（2）抗拉強度隨溫度的變化而減小，反映出橡膠顆粒瀝青混合料承受拉力的能力減弱，則橡膠顆粒瀝青混合料越容易斷裂。
（3）拉伸應變隨溫度的變化而減小，反映橡膠顆粒瀝青混合料在承受最大拉應力時的抗變形能力減弱，混合料越容易斷裂。
（4）破壞勁度模量隨溫度的變化而增大，則說明混合料的低溫抗裂能力越低。
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