影响沥青混合料抗剪强度的因素
沥青的性质及用量 沥青混合料经受剪切时,既有矿料颗粒间相互位移和错位阻力, 又有颗粒表面裹覆的沥青膜间的粘滞阻力。因而,沥青混合料抗剪强度不仅和粒料的级配有 关,而且和沥青的粘结力及用量有关。沥青的粘结力既把矿料胶结成为一个整体,又有利于发 挥矿料的嵌挤作用,构成沥青混合料的抗剪强度。
1. 沥青的性质及用量 沥青混合料经受剪切时,既有矿料颗粒间相互位移和错位阻力, 又有颗粒表面裹覆的沥青膜间的粘滞阻力。因而,沥青混合料抗剪强度不仅和粒料的级配有 关,而且和沥青的粘结力及用量有关。沥青的粘结力既把矿料胶结成为一个整体,又有利于发 挥矿料的嵌挤作用,构成沥青混合料的抗剪强度。沥青的粘度是影响粘结力的重要因素,沥青 的粘度越大,结构沥青膜越厚,则抗剪强度越强。
改性沥青使矿料界面上的极性吸附和化学吸附的量增大,同时,改性剂微粒通过自身的界 面层与沥青吸附膜的扩散层的交迭,增大了结构沥青的交迭面积,减少了自由沥青的比例,提 高了改性沥青和矿料界面的粘结力o
2. 矿料的形状和级配 粒料的级配、形状、大小和表面特征等对沥青混合料内摩阻力均 产生影响。在保证颗粒棱角形状、表面粗糙度、良好的级配以及适当的空隙率的前提下,颗粒 的粒径愈大,内摩阻力愈大。因此,增大集料的粒径是提高内摩阻力和抗剪强度的有效途径。
3. 矿料表面性质的影响 矿料表面的矿粉对裹覆在周围的沥青分子相互有吸附作用,使 贴近矿料的沥青组分重新排列,粘度变高,越贴近矿料界面的粘度越高,形成一层一定厚度的 扩散结构膜,此膜之内的为“结构沥青”,其粘度较高,具有较强的粘结力;此膜厚度以外的沥青 为“自由沥青”,粘结力降低。因此,沥青和矿料表面的相互作用,对沥青混合料的粘结力大小 有重要的影响,矿料与沥青的成分不同会产生不同的效果。如石油沥青与碱性石料裹覆则产 生较多结构沥青,有较好粘附性,但与酸性石料将产生较少结构沥青,其粘附性较差。
4. 矿料比表面的影响结构沥青形成的主要原因是矿料与沥青的交互作用,引起沥青化 学组分在矿料表面的重分布,故在相同沥青用量的条件下,与沥青产生交互作用的矿料表面积 愈大,则形成的沥青膜愈薄,结构沥青所占比例愈大,沥青混合料的粘结力也愈高。如7%的 矿粉,其表面积却占矿质混合料总表面积的80%以上,矿粉越细,比表面积(单位质量集料的 总表面积)越大,形成的沥青吸附膜越薄。矿粉的主要作用机理之一是矿粉表面沥青膜的结构 化,故矿粉的性质和用量对沥青混合料的抗剪强度影响很大。
5. 温度和剪切速率的影响 沥青混合料是一种粘弹塑性材料,粘结力受温度和应力作用 时间影响很大。随温度的升高和剪切速率的增大,沥青混合料的粘结力减小,抗剪强度降低。 夏季高温天气,高速公路连续重载渠化交通或易急刹车转弯路口路段,使得沥青混合料的粘结 力变小,抗剪强度降低。这种情况是对沥青混合料剪切作用最不利的温度荷载组合方式,沥青 混合料也最容易出现塑性流动变形或形成车辙。
由于沥青混合料材料组成结构的颗粒性及其力学特性方面所表现出的粘弹塑性性质,因 此,影响沥青混合料内在参数的因素很多,如沥青的品质与用量、骨料性质与级配、压实度、温 度、加载速度等。通过对沥青混合料的构成及强度机理分析,有助于对沥青路面的材料组成设 计和路面结构组合进行设计。
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