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摘要：确保沥青混合料在高温下具有良好的永久变形能力的条件是具备很高抗剪强度。在本文中，笔者通过单轴贯入试验来研究高性能沥青混合料的材料设计参数。试验表明，除了沥青的性能外，粗集料，尤其是细集料的性能对沥青混合料的剪切性能有很大的影响。在沥青混合料设计中，使用粗，细高棱角指数和高粘度沥青混合料的沥青混合料可提高总体抗剪强度。同时，还可以通过控制混合物的压实来确保沥青路面的长期性能。
关键词：抗剪强度；沥青；混合料；影响因素
前言：随着社会经济的不断发展，城市交通量急剧增大，渠化交通也越来越明显，城市道路早期损害现象也越发明显，车辙、龟裂、水损害等病害在通车两三年后就开始出现。车辙等永久变形在很大程度上是由于沥青路面中的剪应力过大所引起的，因此必须在路面结构设计时对沥青混合料的抗剪性能充分考虑。
1沥青混合料强度影响因素
沥青混合料的力学强度是由矿质集料之间的内摩阻力(嵌挤力)和沥青之间的粘结力所构成的，它的特性取决于沥青和集料各自的特性及其组合在一起的特性。无论沥青混合料属于哪一种类型，其力学强度都按照库仑定律来表征，即在外力作用下材料不产生剪切滑移应满足以下条件:
T≤C+σtan(1)
式中，T为沥青混合料的抗剪强度;c为粘聚力;φ为内摩擦角;σ为主应力值，可根据路面的实际荷载情况确定。
对于混合料剪切强度的影响因素可以分为材料因素和其他外界因素。
对于材料因素，沥青结合料和集料是影响抗剪强度的主要因素。在高温条件下，沥青的粘度越高，其混合料抗变形的能力越大，剪切强度也就越高。多边形及粗糙的纹理表面比圆滑纹理表面的集料具有更大的粘聚力和内摩擦角，可以相互嵌挤，不容易在外力作用下产生相互滑动。沥青与集料的配合比以及集料的级配组成也对混合料的性能有很大影响。
同时，交通条件(包括荷载、轮胎气压、行车速度、车流的渠化等)，以及气候条件(主要包括气温、日照、热流、辐射、风、雨等)也是影响沥青混合料抗剪强度的主要因素。
2影响沥青混合料抗剪强度参数的主要因素
2.1相同最大粒径不同级配对抗剪强度参数的影响
为研究相同最大粒径不同级配沥青混合料抗剪强度参数特性，在规范级配范围内分别选取了3条级配曲线，即：偏细型AC.20F，偏粗型AC一20C以及中值级配AC一20M。级配见表2-1，级配曲线见图1，抗剪强度试验结果 见表2-2.
表2-1 三种沥青混合料矿料级配
由表2-2 可知：
1)最大抗剪强度的排列顺序是：AC一20M>AC.20F>AC.20C；内摩阻角的排列顺序是：AC.20C>AC． 20M>AC.20F；粘聚力的排列顺序是AC.20F>AC．20M>AC一20C。
2)偏粗的级配为达到4％的空隙率，最佳油石比偏大，自由沥青偏多，抗剪强度反而减小。偏细的级配内摩阻角较小，但粘聚力较大。
3)级配偏细和偏粗对于沥青混合料的抗剪强度都是不利的，因此应控制好关键筛孔的通过率。
2.2沥青类型对抗剪强度参数的影响
沥青作为粘弹性材料，在持续高温的条件下，沥青由粘弹性体向塑性体转化，劲度模量大幅度降低，抗变形性能急剧下降。沥青混合料的高温抗剪切性能实际上是抵抗车辆反复压缩变形及侧向流动的能力，即是混合料各种成分位置的变化过程，这时沥青的粘度较低，粘结集料抵抗变性的能力有限，因此沥青的高温性能对混合料的高温性能起到非常重要的作用。
采用同一种集料，不同沥青类型对AC.20M级配进行研究。抗剪强度试验结果见表2-3。沥青的常规高温性质指标，可用软化点和当量软化点T∞。沥青的软化点越高，沥青的高温稳定性越强，3种沥青的当量软化点和软化点见表2-4。
表2-3 不同沥青类型混合料抗剪强度试验结果
(注：表中，沥青结合料种类分为1一KI3190#基质沥青，2一SBS改性KLM90#沥青，3一SBS改性SK90}≠沥青)
表2-4 三种沥青的当量软化点和软化点
1)沥青的当量软化点越高，混合料的最大抗剪强度越大，并且增长的幅度也很相近，说明在集料和级配不变的情况下，混合料的最大抗剪强度随着沥青当量软化点的增加比例而增加。
2)沥青当量软化点的变化对于沥青混合料的内摩阻角基本没有影响，沥青的当量软化点主要是通过影响沥青混合料的粘聚力而影响抗剪性能的。
3)可以通过沥青改性的方法提高沥青的当量软化点，以此提高混合料的抗剪强度。
2.3不同沥青用量对抗剪强度参数影响
沥青用量是影响抗剪强度的重要因素，通过研究不同沥青用量下混合料的最大抗剪强度和参数变化规律。总结出最大抗剪强度和粘聚力随着沥青用量的增大先增大后减小；内摩阻角随着沥青用量的增大而减小。这是因为，在沥青用量很少时，沥青不足以形成结构沥青膜来粘结矿料颗粒，随着沥青混合料在沥青用量下的抗剪强度试验结果的增加，结构沥青逐渐形成，沥青更为完美的包裹在矿料表面，使沥青与矿料之间的粘附力随着沥青的用量增加而增加。当沥青用量足以形成薄膜并充分粘附矿料颗粒表面时，沥青胶浆具有最大的粘聚力。如沥青用量继续增加，则由于沥青用量过多，逐渐将矿料颗粒推开，在颗粒间形成未与矿粉交互作用的“自由沥青”，沥青胶浆的粘聚力随着自由沥青的增加而降低；另外，随着沥青用量的增加，沥青不仅起着粘结剂的作用，而且起着润滑剂的作用，降低了粗集料的相互密排作用，颗粒之间的润滑作用加强，因此逐渐降低了沥青混合料的内摩阻角。
结束语：
总之，沥青混合料路面设计中应充分考虑沥青混合料的抗剪强度和沥青混合料的设计。沥青层产生的剪应力主要是由荷载、外界环境和路面结构引起的，与材料本身无关，沥青混合料的抗剪强度是材料本身的性质，与材料本身有关。分析研究沥青混合料抗剪强度的影响因素，对提高路面使用性能和使用寿命具有重要意义。
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论文作者:邓文军1,王雄1,杨文刚1,沈宗磊1,沙梅芳2
论文发表刊物:《防护工程》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/18
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