沥青路面混合料基础理论,是指研究和应用沥青路面工程新技术有关的基本理论,它是进 行沥青混合料组成设计、施工和科研的理论基础。根据沥青材料组成的特点,以及沥青路面混 合料在交通荷载和自然因素的长期作用下,表现出来的路用性能特点,普遍认为沥青混合料具 有颗粒性和粘弹性的基本力学特征,并且不同颗粒组成对其流变性能也有不同程度的影 响。
沥青混合料中约有95%是矿料,它们的颗粒组成特点直接影响到沥青混合料颗粒性的力 学特征,并直接反映在沥青路面的路用性能上。同时,由于沥青及其胶浆的存在,沥青混合料 表现出比较明显的粘弹性的力学特征。在小变形范围内表现为线性的粘弹性体,在大变形范 围内表现为线性的粘塑性体,在中度变形范围内,则表现为一般的粘弹性体。
由于沥青路面材料是一个典型的粘弹塑性综合体,路用性能依赖于温度、负载时间、负载 速率和应变幅值的大小等条件,其中温度和时间的影响相当明显。研究表明:沥青混合料这类 粘弹性材料的破坏强度,是温度和加载速率的函数,也就是说,除了温度应力破坏以外,沥青路 面的破坏模式是比较复杂的,并且具有力学破坏后结构触变性复原即自发可逆的特点。因此 目前国内外多采用流变力学、断裂力学和能量平衡理论等比较符合客观规律的观点和方法,对 沥青、改性沥青的性能和沥青混合料的路用性能,进行比较深入系统的研究,并取得了一定的 研究成果。
(一) 高温稳定性
高温稳定性指沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。通常所谓的高温稳定性的 高温条件是指在使用过程中受行车的反复作用,容易产生车辙、推移、拥包等永久变形的温度 范围,同时包括长时间的荷载作用。国外研究高温稳定性车辙预估的理论方法,主要包括层应 变方法和粘弹性方法。国内一般是在以弹性层状体系理论和流变学模型为基础,结合沥青混 合料高温性能室内试验、现场测量结果,提岀车辙预估模型,但实用程度不好。主要有单轴加 载试验、三轴压缩试验、小型模拟试验设备的车辙试验、大型环道试验等。实际生产中通常用 室内车辙试验进行控制和检验。
(二) 低温抗裂性
低温抗裂性即沥青混合料抵抗低温收缩裂缝的能力,国内外有很多研究和控制沥青混合 料低温性能的方法,如限制劲度法、预估破裂温度法、松弛理论简化法、能量法等。预估破裂温 度法或松弛理论简化法都是以低温缩裂应力小于容许应力为判据,仅考虑了面层的收缩特性 和粘弹性行为,具有较大的局限性,与实际情况不尽相一致。而能量法将路面结构整体的热物 理性能和力学行为作为一个系统,既考虑沥青面层的特性,也考虑基层热物理特性对于缩裂率 的影响。根据粘弹断裂力学的有关理论,计算沥青路面的储存能和断裂能。在SHRP沥青结合料的标准指标中,釆用了梁的弯曲蠕变试验评价沥青的低温抗裂性,我国也多采用弯曲蠕变 试验法,进行沥青的低温评价。
(三)疲劳性能
疲劳性能是指沥青混合料在反复荷载作用下抵抗破坏的能力,目前沥青路面疲劳特性的 研究方法基本上有两种,一类是现象学法,即传统的疲劳理论方法,采用疲劳曲线表征材料的 疲劳性质。另一类是力学近似法,即应用断裂力学原理研究疲劳裂缝的发展规律以确定材料 的疲劳寿命的方法。从疲劳的观点看,沥青混合料的劲度模量是一个重要的材料特性,任何影 响劲度模量的因素,以及轴载作用次数和环境温度条件都会影响其疲劳寿命。