瀝青自癒合性能評價指標修正及應用

2021-02-20 瀝青路面

疲勞開裂是瀝青路面的常見病害之一，瀝青作為路面鋪裝材料的重要組成部分，瀝青裂縫在無荷載作用時具有自癒合的能力[1-3]。為評價瀝青自癒合的能力，許多學者對瀝青進行「破壞-癒合-破壞」的自癒合試驗，根據材料流變參數在試驗過程中的變化建立了自癒合指標[4-6]，這些指標主要基於耗散能、疲勞壽命和動態剪切模量等進行計算。瀝青在疲勞試驗過程中伴隨著能量的消耗，而能量的變化量也隨著加載周期的變化而變化，不同的間歇時間、應力-應變水平和瀝青種類等都影響耗散能的變化速率，故可以用耗散能變化率(Ratio of Dissipated Energy Change，RDEC)和耗散能變化率平穩值(plateau value，PV)來評價不同瀝青在不同應力-應變水平和間歇時間下的疲勞性能和自癒合性能[7-10]。在引入間歇時間後，瀝青的動態剪切模量會部分恢復，並表現出疲勞壽命的增長，可採用疲勞壽命的增長率來評價不同瀝青混合料在不同加載頻率、不同加載模式下的自癒合能力[11-14]。目前大多採用動態剪切模量在引入間歇時間前後的變化量來表徵瀝青及瀝青混合料的自癒合性能：間歇前後動態剪切模量與加載周期所圍面積之比[5]，間歇前後初始模量的比值[4]，間歇後模量相對增長率、間歇後模量恢復量與間歇前初始模量的比值、間歇後模量增長量與間歇前模量損失量的比值[15]。

採用耗散能變化率法可以將損傷過程中發熱消耗的能量和變形產生的能量消除，耗散能變化率穩定值能較好地描述瀝青在試驗過程中疲勞損傷的增量，此評價方法一般採用脈衝式的加載方式，雖然此加載方式更貼合實際的路面受力情況[8]，但頻繁地引入間歇時間會影響耗散能計算的精度[16]。在間歇式加載的自癒合試驗中，疲勞壽命是以動態剪切模量下降到初始模量的50％時對應的加載周期確定的。初始模量越大的瀝青其疲勞壽命相應較大，因此以疲勞壽命定義的自癒合指標受瀝青種類影響較大，其可用於評價某一瀝青在不同因素下的自癒合性能，而不適用於比較不同瀝青的自癒合性能。採用間歇前後動態模量的變化量計算自癒合指標在一定程度上體現了瀝青的自癒合性能，但是不同瀝青的初始模量不同；對於某一瀝青，在間歇前後的疲勞試驗過程中其動態剪切模量下降的速率也不一致，故基於動態剪切模量的自癒合指標應充分考慮模量衰減的速率。

鑑於此，本文對基於動態剪切模量的自癒合指標進行了速率修正，通過間歇加載式的自癒合試驗獲得7種瀝青在不同間歇時間和不同損傷度下的動態剪切模量，並以修正後的指標計算獲得這7種瀝青在不同試驗條件下的自癒合指標，以自癒合方程對其進行線性擬合，獲得表徵瀝青材料自癒合性能的參數，用於分析不同瀝青的自癒合性能。

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