沥青-集料界面断裂能的测试方法与影响因素

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.220821

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2023, Vol. 51 ›› Issue (8): 12-20.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.220821

所属专题： 2023年交通运输工程

沥青-集料界面断裂能的测试方法与影响因素

邓凯聆王端宜方秋萍

华南理工大学土木与交通学院，广东广州 510640

收稿日期:2022-12-20 出版日期:2023-08-25 发布日期:2023-03-27
通信作者: 王端宜（1960-），男，博士，教授，主要从事路面结构与材料设计理论、路面施工管理与质量监控、路面检测与评价、路面管理与养护维修技术研究。 E-mail:tcdywang@scut. edu. cn
作者简介:邓凯聆（1997-），女，博士生，主要从事沥青路面细观结构和材料性能研究。E-mail： ctkailing888@mail. scut. edu. cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51278203);广东省自然科学基金资助项目(2019A1515011965)

Fracture Energy Test Method and Influencing Factors of Asphalt-Aggregate Interface

DENG Kailing WANG Duanyi FANG Qiuping

School of Civil Engineering and Transportation，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China

Received:2022-12-20 Online:2023-08-25 Published:2023-03-27
Contact: 王端宜（1960-），男，博士，教授，主要从事路面结构与材料设计理论、路面施工管理与质量监控、路面检测与评价、路面管理与养护维修技术研究。 E-mail:tcdywang@scut. edu. cn
About author:邓凯聆（1997-），女，博士生，主要从事沥青路面细观结构和材料性能研究。E-mail： ctkailing888@mail. scut. edu. cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(51278203);the Natural Science Fund of Guangdong Province(2019A1515011965)

摘要/Abstract

摘要：

表面脱粒是沥青路面常见病害之一，会对沥青路面的耐久性和路用性能产生极大不利影响。为解决沥青路面脱粒预测和敏感性分析所需要的沥青-集料界面断裂能实测问题，本研究提出了摆式冲击试验的测试方法，通过对“集料-沥青-集料”试件施加横向剪切冲击荷载，使得沥青与集料界面发生破坏并测试其断裂能。研究中对温度、沥青种类、集料类型、水、矿粉等因素对沥青-集料界面断裂能的影响进行了分析，结果表明：沥青-集料界面断裂能可作为评价沥青-集料界面性能的指标，综合体现了沥青-集料粘附性能和沥青内聚性能，以及不同温度、荷载条件作用下沥青-集料界面的力学特性；温度对沥青-集料界面断裂能影响较大，随着温度升高沥青-集料界面断裂能呈现先上升后下降的趋势，且沥青与集料粘附性能逐渐提高，沥青内聚性能逐渐降低；SBS改性沥青和高粘改性沥青与集料的界面断裂能明显大于基质沥青，但两种改性沥青与集料的界面断裂能除峰值外差异不显著；集料类型对沥青-集料界面断裂能的影响不具有显著规律；在各个温度下水都会使沥青-集料界面断裂能发生衰减；在沥青中加入矿粉会使界面断裂能下降，基于沥青混合料性能的最佳粉胶比范围，并不一定对沥青-集料界面性能起到积极影响。摆式冲击试验所测定的沥青-集料界面断裂能不仅可以作为定量评价沥青材料与集料界面性能的依据，同时也可以为脱粒病害的数值模拟分析提供材料参数，为脱粒病害的预测和敏感性分析提供判断依据，从而为沥青路面抗脱粒精准设计奠定基础。

关键词: 沥青路面, 表面脱粒, 沥青-集料界面, 断裂能

Abstract:

As one of the common diseases of asphalt pavement, raveling can have a great adverse effect on the durability and road performance of asphalt pavement. To solve the problem of obtaining the asphalt-aggregate interface fracture energy required for asphalt pavement raveling prediction and sensitivity analysis, this research proposed a pendulum impact test method, by which the fracture energy of asphalt-aggregate interface was obtained by conducing lateral shear impact loading on “aggregate-asphalt-aggregate” specimens, causing a negligent failure at asphalt-aggregate interface. The research also analyzed the effects of temperature, asphalt type, aggregate type, water, and mineral filler on the asphalt-aggregate interface fracture energy. The results show that the asphalt-aggregate interface fracture energy can be used as the indicator to evaluate the asphalt-aggregate interface performance, reflecting the asphalt-aggregate adhesion performance, asphalt internal cohesion performance, and the mechanical characteristics of the asphalt-aggregate interface under different temperatures and loading conditions. Temperature has a great influence on the fracture energy of the asphalt-aggregate interface. As the temperature raises, the asphalt-aggregate interface fracture energy shows an upward trend followed by a downward trend, and the adhesion of asphalt and aggregate increases gradually, while the asphalt cohesion decreases. The fracture energy of SBS modified asphalt-aggregate interface and high-viscosity asphalt-aggregate interface are significantly greater than that of 70# asphalt-aggregate interface, while the difference between the fracture energy of the two modified asphalt and aggregate is not significant except for the peak value. The effect of aggregate types on the fracture energy of the asphalt-aggregate interface has no significant rule. Water will reduce the fracture energy of the asphalt-aggregate interface at all temperatures. The addition of mineral filler to asphalt can decrease the interface fracture energy and the range of optimum F/A ratio based on asphalt mixture performance do not have a positive effect on the asphalt-aggregate interface performance probably. The fracture energy of the asphalt-aggregate interface determined by the pendulum impact test can not only serve as a test basis for evaluating the performance of the asphalt-aggregate interface, but also provide material parameters for the numerical simulation analysis of raveling, and provide a criterion for the prediction of raveling and sensitivity analysis, so as to lay the foundation for the precise design of anti-raveling asphalt pavement.

Key words: asphalt pavement, raveling, asphalt-aggregate interface, fracture energy

中图分类号:

U416.217

邓凯聆, 王端宜, 方秋萍. 沥青-集料界面断裂能的测试方法与影响因素[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(8): 12-20.

DENG Kailing, WANG Duanyi, FANG Qiuping. Fracture Energy Test Method and Influencing Factors of Asphalt-Aggregate Interface[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2023, 51(8): 12-20.

图/表 16

图1

表1

表2

图2

表3

图3

图4

图5

图6

表4

各试件界面断裂能Ef与温度T的拟合方程"

试件类型	峰值温度/℃	T<峰值温度时的拟合方程	T≥峰值温度时的拟合方程
70D	50	$E f = e x p (- 2.036 - 4.028 × 10 - 4 T + 8.749 × 10 - 4 T 2)$ ， r²=0.98	$E f = e x p (6.232 - 0.168 T + 9.076 × 10 - 4 T 2)$ ， r²=0.99
SD	40	$E f = e x p (- 1.273 + 4.47 × 10 - 2 T + 2.675 × 10 - 4 T 2)$ ， r²=0.99	$E f = e x p (1.811 - 2.688 × 10 - 2 T + 1.313 × 10 - 4 T 2)$ ， r²=0.97
GD	30	$E f = e x p (- 1.594 + 3.539 × 10 - 2 T + 1.92 × 10 - 3 T 2)$ ， r²=0.99	$E f = e x p (1.778 - 2.307 × 10 - 2 T + 1.035 × 10 - 4 T 2)$ ， r²=0.94

表4

图7

表5

图8

图9

图10

图11

参考文献 28

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沥青	针入度（25 ℃，5 s，100 g）/ 0.1 mm	软化点/℃	5 ℃延度/cm	10 ℃延度/cm	薄膜加热试验残留物指标
沥青	针入度（25 ℃，5 s，100 g）/ 0.1 mm	软化点/℃	5 ℃延度/cm	10 ℃延度/cm	25 ℃针入度比/%	5 ℃延度/cm	10 ℃延度/cm
70#沥青	63	47.5		23	67		6.4
SBS改性沥青	53	81.0	31		71	22
高粘改性沥青	50	95.0	36		90	25

检测指标	试验结果	规范要求
表观相对密度	2.702	≥2.50
含水量/%	0.3	≤1
外观	无团粒结块	无团粒结块
亲水系数/cm	0.7	<1
塑性指数	无塑性	<4
加热安定性	无明显变化	实测记录
矿粉颗粒的含量/%	100.0（<0.300 mm）
	95.3（<0.150 mm）	90~100
	86.1（<0.075 mm）	75~100

试件编号	胶结料	集料	湿度条件	重复试验次数	试件总数
70G	70#基质沥青	花岗岩	干燥	3	30
70D		辉绿岩		3	30
70L		石灰岩		3	30
70B		玄武岩		3	30
SG	SBS改性沥青	花岗岩	干燥/12 h 浸水	3	60
SD		辉绿岩		3	60
SL		石灰岩		3	60
SB		玄武岩		3	60
GG	高粘改性沥青	花岗岩	干燥	3	30
GD		辉绿岩		3	30
GL		石灰岩		3	30
GB		玄武岩		3	30
SD-m	SBS改性沥青胶浆（粉胶比0.8）	辉绿岩	干燥	3	30
GD-m	高粘改性沥青胶浆（粉胶比0.8）	辉绿岩	干燥	3	30

温度/℃	显著性值
温度/℃	70G，70D，70L，70B	SG，SD，SL，SB	GG，GD，GL，GB
-10	0.083	0.728	0.417
0	0.975	0.142	0.055
10	0.953	0.001^*	0.225
20	0.566	0.000^*	0.683
30	0.221	0.214	0.387
40	0.642	0.993	0.383
50	0.098	0.058	0.805
60	0.018^*	0.481	0.376
70	0.224	0.527	0.535
80	0.953	0.487	0.424

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Fracture Energy Test Method and Influencing Factors of Asphalt-Aggregate Interface

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