Study on Temperature Cracking Test Method of Asphalt Mixture
曹佳伟 CAO Jia-wei；杭志远 HANG Zhi-yuan；袁子安 YUAN Zi-an；戴康 DAI Kang；
朱兴国 ZHU Xing-guo；刘鑫鹏 LIU Xin-peng
（扬州大学建筑科学与工程学院，扬州 225127）
（College of Civil Science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou 225127，China）
摘要：温度应力、行车荷载作用产生的累积应力及材料的损伤超过材料容许程度，易导致路面开裂[1]。而且沥青路面开裂后，严重危害道路的使用性能和寿命[2]。因此，分析目前国内外评价沥青混合料开裂性能的试验，着重比较劈裂试验、半圆弯拉试验和四点弯曲疲劳等试验的区别联系。结果表明，IDEAL-CT劈裂试验和SCB半圆弯拉试验主要评价沥青混合料中温抗开裂性能和抗裂缝扩展性能，BBF四点弯曲疲劳试验主要是评价沥青混合料抗疲劳开裂性能。
Abstract: The cumulative stress caused by temperature stress and driving load and the damage of materials exceed the allowable degree of materials, which may lead to pavement cracking. Moreover, after the asphalt pavement is cracked, the performance and life of the road are seriously jeopardized. Therefore, the current domestic and international evaluation of the asphalt mixture cracking performance test, focusing on the comparison of the split test, semi-circular bending test and four-point bending fatigue test. The results show that the IDEAL-CT splitting test and the SCB semi-circular bending test mainly evaluate the medium temperature anti-cracking performance and crack propagation resistance of the asphalt mixture. The BBF four-point bending fatigue test is mainly to evaluate the anti-fatigue cracking performance of the asphalt mixture.
关键词：道路工程；沥青混合料；抗开裂性能；对比分析
Key words: road engineering；asphalt mixture；resistance to initiation fracture；comparative analysis
中图分类号：TQ321.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）24-0162-02
0 引言
沥青路面结构无法满足重载交通的需求，往往未达到设计寿命就出现结构性破坏，特别是裂缝类病害严重。国内外学者根据断裂力学理论提出多个表征材料抗裂性能的相关评价指标，相关学者采用有限元、离散元和数字图像处理等方法对沥青混合料劈裂试验进行研究[3-4]，也有根据J积分理论采用半圆弯拉试验评价沥青混合料抗裂性能，采用临界应变能释放率Jc表征沥青混合料裂缝发展情况[5-6]。但都没有将几种沥青混合料开裂试验方法进行对比研究。
1 沥青混合料开裂试验方法
1.1 圆盘拉伸试验
圆盘拉伸试验，即DC（T）（Disk-shaped Compact Tension）试验，是一种测试沥青混合料低温开裂和反射裂缝的试验。将旋转压实成型的圆柱体试件切割成带有2.46英寸缺口的圆盘状试样，并将其按1mm/min的速度向两侧拉开，直到荷载减小到0.1kN，通过确定初始韧带长度和厚度归一后的荷载-位移曲线下的面积，计算断裂能Gf等评价参数。
1.2 半圆弯曲试验
半圆弯曲试验，即SCB（Semi-Circular Bend）试验，包括沥青混合料低温开裂试验和自下而上和自上而下的疲劳开裂。将旋转压实成型的圆柱体试件切割成底部中间带有15mm预切缝的半圆形试样，并在其顶部中间施加恒定50mm/min速度的竖向位移，直到荷载减小到0.1kN，通过荷载-位移曲线计算断裂能Gf和柔性指数FI等评价参数。
1.3 间接拉伸疲劳试验
间接拉伸疲劳试验，即IDT（Indirect Tension）试验，是一种测试沥青混合料低温开裂试验和自上而下开裂试验。将旋转压实成型的圆柱体试件切割成直径为6英寸，厚度为1.5-2.0英寸的试样，对其进行重复加载，直至试件破坏，测量了沥青混合料在低温下的蠕变劲度和劈裂抗拉强度。
1.4 罩面试验
罩面试验，即OT（Overlay Test）试验，是一种测试沥青混合料反射裂缝和自下而上疲劳开裂的试验。将旋转压实成型的圆柱体试件切割成6英寸长，3英寸宽，1.5英寸高的试件后固定在两块加载板上，其中一块板固定在工作台上不动，并对另一块加载板施加重复的拉伸荷载，从而实现对试件底部施加重复的拉伸荷载，直至试件破坏，采用荷载加载循环次数评价沥青混合料的抗开裂性能，还可以从实测的载荷与位移曲线中计算推导出表征材料断裂特性的相关评价参数。
1.5 弯曲梁疲劳试验
弯曲梁疲劳试验，即BBF（Bending Beam Fatigue）试验，是一种测试沥青混合料自下而上疲劳开裂的试验。将轮碾成型的板块试件切割成380mm长，63.5mm宽，50mm高的小梁试件固定在疲劳试验夹具上，并对其进行四点重复加载，主要有应变控制和应力控制两种加载模式，采用荷载加载循环次数（即疲劳寿命）和累积耗散能来评价沥青混合料的抗疲劳性能。
1.6 低温小梁弯曲试验
低温小梁弯曲试验，该试验是常用的测试沥青混合料低温抗裂性能的方法，该方法采用轮碾成型的板块试件切割成250mm长，30mm宽，35mm高的小梁试件，在其跨中施加集中荷载至试件断裂破坏，根据破坏应变等指标评价沥青混合料的低温抗裂性能。
1.7 低温约束应力试验
低温约束应力试验，即TSRST试验，是一种测试沥青混合料在低温环境下的抗开裂性能，可评价沥青混合料失效时承受的最低温度。该方法采用轮碾成型的板块试件切割成相应尺寸的棱柱体或圆柱体试件，固定试件两端，通过降低温度至试件失效断裂，根据失效温度和失效应力等指标评价沥青混合料低温抗裂性能。
1.8 劈裂试验
劈裂试验，即IDEAL-CT试验，是一种测试沥青混合料反射裂缝和自下而上疲劳开裂的试验。通过旋转压实仪成型直径150mm，高度62mm的圆柱体试件，并在其顶部中间施加恒定50mm/min速度的竖向位移，直到荷载减小到0.1kN，通过荷载-位移曲线计算断裂能Gf和裂缝扩展评价指数CTindex等参数。
根据2016年美国国家公路合作研究项目NCHRP09-57项目对包括上述多种热、反射、自下而上和自上而下疲劳开裂试验进行了实验室和现场评估，如表1所示。
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2 三种中温开裂试验评价指标对比分析
对比分析IDEAL-CT劈裂试验、SCB半圆弯拉试验和BBF四点弯曲疲劳试验的评价指标，验证三种中温开裂试验评价沥青混合料抗裂性能的可行性。
选取并汇总三种中温开裂试验的主要评价指标，如表2所示。IDEAL-CT劈裂试验和SCB半圆弯拉试验两个主要评价指标的单位相同，试验结果可以相互比较；且开裂指标CTindex和柔性指数FI都是无量纲化指标，能较好评价沥青混合料的抗裂缝扩展性能。与上述两种试验不同，BBF四点弯曲疲劳试验是采用荷载循环作用次数即疲劳寿命表征材料的抗疲劳性能。
3 三种中温开裂试验区别、联系及适用情况
对比分析IDEAL-CT劈裂试验、SCB半圆弯拉试验和BBF四点弯曲疲劳试验之间的区别、联系及各自的适用情况，如表3所示。
3.1 温度
三种开裂试验都是在中温条件下测试沥青混合料的抗裂性能，本文根据相关规范IDEAL-CT劈裂试验和SCB半圆弯拉试验选择25℃，BBF四点弯曲疲劳试验选择15℃，但试验温度都可以在15~35℃之间微调。
3.2 加载方式
IDEAL-CT劈裂试验和SCB半圆弯拉试验都是采用轴向速率50mm/min的加载方式，测试沥青混合料在轴向恒速荷载下的直接抗开裂性能；BBF四点弯曲疲劳试验是采用加载频率10Hz连续偏正弦荷载，测试沥青混合料承受重复弯曲荷载的疲劳寿命。
3.3 用情况
本文选取的IDEAL-CT劈裂试验和SCB半圆弯拉试验主要是测试沥青路面材料抗反射裂缝的性能，BBF四点弯曲疲劳试验是测试沥青路面材料抗疲劳裂缝的性能。
4 结论
①IDEAL-CT劈裂试验和SCB半圆弯拉试验主要是评价沥青混合料中温抗开裂性能和抗裂缝扩展性能；BBF四点弯曲疲劳试验主要是评价沥青混合料抗疲劳开裂性能。
②IDEAL-CT劈裂试验和SCB半圆弯拉试验的试验温度、加载方式、试验目的和适用情况较为接近，且在评价玄武岩纤维沥青混合料抗裂缝扩展性能方面相关性较好。
参考文献：
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