【文章內(nèi)容簡介】 BBR 試驗(yàn)的試驗(yàn)溫度與路面所在地區(qū)的使用溫度有關(guān)，從理論上講，它必須在當(dāng)?shù)氐淖畹驮O(shè)計(jì)溫度下進(jìn)行。按照許多學(xué)者的建議，瀝青膠結(jié)料低溫勁度的荷載作用時間宜選用 7200s，這樣的試驗(yàn)條件不僅溫度低，而且時間長，相對來說比較困難。但據(jù)瀝青材料時溫?fù)Q算法則，可將荷載作用時間縮短為 60s，試驗(yàn)溫度較設(shè)計(jì)最低溫度高 10℃ 。因此， BBR 試驗(yàn)得到的 60s 勁度模量實(shí)際上等于最低設(shè)計(jì)溫度下 2h 的勁度模量。試驗(yàn)溫度提高 10℃ ，且試驗(yàn)時間縮短，從而使試驗(yàn)簡單化。 九、直接拉伸試驗(yàn) 在 0～ 36℃ 情況下將試件以恒定的速度拉伸至破壞 。 計(jì)算破壞應(yīng)變 ?f: 要求 ?f≥% 。 試驗(yàn)要求 : 溫度精度高，誤差不大于 ℃ 。用激光測微計(jì)測試 件的伸長 。 eLLf 有效標(biāo)準(zhǔn)長度長度變化 ??? 瀝青在低溫時硬而脆，當(dāng)溫度下降所引起的瀝青內(nèi)部應(yīng)變或應(yīng)力超過了它的極限應(yīng)變能力或應(yīng)力能力時，瀝青將發(fā)生開裂，此種狀態(tài)下對應(yīng)的勁度稱為極限勁度，這時的溫度稱為極限勁度溫度。只要瀝青工作溫度不低于此極限勁度溫度，瀝青就不會開裂。 SHRP 根據(jù)以往大量試驗(yàn)資料及研究結(jié)果，選定 2h 加荷時間下的極限勁度界限為 300MPa。也就是說，如果在最低路面設(shè)計(jì)溫度時測得的瀝青勁度小于 300MPa，路面就不會開裂。除了極限勁度溫度外，控制低溫開裂的另一個指標(biāo)為蠕變速率，即勁度隨時間的變化率。不同的瀝青其勁度隨時間的變化是不相同的，蠕變勁度主曲線的形狀隨時間的變化趨勢與低溫開裂之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系。蠕變速率 m 值越大，松弛應(yīng)力的能力就越大。否則，溫度應(yīng)力累計(jì)到一定程度，低溫開裂就會產(chǎn)生。 研究表明 BBR 試驗(yàn)?zāi)茌^好的體現(xiàn)瀝青膠結(jié)料的低溫性能，但是也有例外，某些膠結(jié)料，特別對于改性瀝青，有較高的蠕變勁度，但是在破裂前的變形能力卻較強(qiáng)， BBR 試驗(yàn)并不能反映這類膠結(jié)料的變形能力，需要采用其它試驗(yàn)方法。因此，當(dāng)蠕變勁度在 300600Mpa 之間時，且 m 值大于等于 ，必需進(jìn)行 DT 試驗(yàn)。 DT 試驗(yàn)是測定低溫下瀝青膠結(jié)料在破壞前的應(yīng)變值（拉伸速率），試驗(yàn)?zāi)康氖窃u價瀝青膠結(jié)料在低溫下是否具有較強(qiáng)的變形能力，能否耗散能量以避免裂縫。破壞定義為應(yīng)力達(dá)到最大值時的荷載，而并非試件破裂時的荷載，規(guī)范要求破壞應(yīng)變最小為 1％。 十、 AASHTO MP1a 規(guī)范的臨界開裂溫度 為了完善 PG分級對于改性瀝青低溫性能評價的準(zhǔn)確性， Bouldin等發(fā)展了一個力學(xué)模型來計(jì)算臨界開裂溫度。2022年，該模型被列入 AASHTO（ 2022） MP1a草案（ AASHTO PP4201）。它采用 BBR 試驗(yàn)的流變數(shù)據(jù)預(yù)估溫度應(yīng)力，用 DT 試驗(yàn)破壞數(shù)據(jù)預(yù)估破壞應(yīng)力，溫度應(yīng)力和破壞應(yīng)力相等時的溫度即為臨界開裂溫度。 該方法規(guī)定：通過對壓力老化試驗(yàn) (PAV)后瀝青試樣在不同溫度條件下的 BBR 試驗(yàn)和 DT 試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸計(jì)算，得到瀝青膠結(jié)料在低溫條件下的臨界開裂溫度 Tcr，再對照標(biāo)準(zhǔn)確定瀝青的低溫性能等級。不再要求 PAV 試樣在相關(guān)溫度下 BBR 試驗(yàn)應(yīng)力小于 300MPa、 m值大于 及 DT 試驗(yàn)破環(huán)應(yīng)變大于 %。 ? 將彎曲梁流變儀 BBR 提供的蠕變勁度曲線通過一系列的換算，得到瀝青的溫度應(yīng)力曲線；直接拉伸試驗(yàn)儀 DT 提供破壞應(yīng)變的同時還提供了破壞應(yīng)力。將 BBR 中提供的溫度應(yīng)力曲線與直接拉伸試驗(yàn) DT 提供的破壞強(qiáng)度曲線進(jìn)行比較，得出相交點(diǎn)，即認(rèn)為相交點(diǎn)處應(yīng)力或強(qiáng)度所對應(yīng)的溫度為臨界開裂溫度。 十、 AASHTO MP1a 規(guī)范的臨界開裂溫度 溫度應(yīng)力則需進(jìn)行一系列的數(shù)學(xué)變換得到。由于 BBR 直接得到的是不同溫度下的勁度與時間的曲線 S (t)，因此需要將不同溫度下的勁度曲線經(jīng)過時溫等效變換得到勁度主曲線。將勁度主曲線S (t)轉(zhuǎn)換成蠕變?nèi)崃?D (t)，再進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成松弛模量 E (t)，然后由松弛模量計(jì)算瀝青的溫度應(yīng)力。 勁度主曲線的確定 溫度應(yīng)力的計(jì)算 1） Hills 和 Brien 的溫度應(yīng)力計(jì)算方法 溫度應(yīng)力計(jì)算建立在 Boltzmann 的線粘彈性原理的基礎(chǔ)上的，通過數(shù)學(xué)計(jì)算得到的。到目前為止，在溫度應(yīng)力的計(jì)算方面影響最為深遠(yuǎn)的研究應(yīng)首推 Hills 和 Brien 的工作。他們假設(shè)路面為一無限長的受約束條帶，采用準(zhǔn)彈性梁的力學(xué)模型提出了著名的路面溫度應(yīng)力近似計(jì)算公式： ? 上式但最根本的問題是所采用勁度模量的概念 , 實(shí)際上是一種蠕變試驗(yàn)的割線模量，表征瀝青混合料材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是一種準(zhǔn)彈性假定，而事實(shí)上瀝青混合料材料是一種熱粘彈性材料，溫度應(yīng)力在其產(chǎn)生與發(fā)展的過程中必然存在應(yīng)力松弛現(xiàn)象，上式?jīng)]有考慮這一因素，必然會對溫度應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。由于瀝青混凝土是一種典型的粘彈性材料，存在蠕變和應(yīng)力松弛效應(yīng)。 ? 雖然勁度模量 S 是一個隨荷載作用時間而逐漸降低的量，體現(xiàn)了材料的應(yīng)力松弛效應(yīng)。 Hills 公式只考慮了在溫度變化過程中勁度模量隨溫度的變化而變化，對于任何一個時間段 (或溫度變化區(qū)間 ΔT)而言，其勁度模量為一常量，首先計(jì)算出每個小降溫時段的溫度應(yīng)力，最后疊加得到整個降溫過程中所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。它沒有考慮到在各降溫時段中所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力在隨后的降溫過程中的應(yīng)力松弛效應(yīng)，計(jì)算結(jié)果會偏大。由于勁度模量值是溫度和時間的函數(shù)。而該式?jīng)]有確定應(yīng)該取哪一個時刻的勁度模量值。因此，有必要從應(yīng)力松弛的角度來計(jì)算連續(xù)變溫時，在瀝青混凝土路面中的溫度應(yīng)力。 ? 2）考慮應(yīng)力松弛的溫度應(yīng)力計(jì)算方法 ? 設(shè)溫度 T0 時的一個微段時間 dt 產(chǎn)生的溫度變化 dT，其產(chǎn)生的瞬時溫度應(yīng)力為： ? 該瞬時溫度應(yīng)力在隨后的時間內(nèi)會產(chǎn)生一定的應(yīng)力松弛效應(yīng)，當(dāng)松弛過程中的溫度恒定為 T0 時，其松弛應(yīng)力為： ? 即其松弛時間就是計(jì)算松弛過程的起止時間差，因在松弛過程中，其溫度是連續(xù)變化的，而在不同溫度時，瀝青混凝土的松弛性能是不同的，所以不能簡單地套用上式。一般認(rèn)為瀝青混凝土屬簡單熱流變材料，具有時間一溫度等效性。因此，可以利用瀝青混合料的時溫等效性能來求解，基本的思路就是把連續(xù)變溫時的松弛時間利用時溫等效轉(zhuǎn)換為恒溫時的松弛時間。 因此，溫度從 t0 時的 T0 變化到 t 時的 T 時，產(chǎn)生的溫度應(yīng)力 ζ應(yīng)為： 采用離散法來處理連續(xù)降溫問題，即把降溫時間等分為 n 段，設(shè)各段起止時刻分別為ｔ 0,ｔ 1,ｔ 2,..,ｔ n，相應(yīng)各時刻所對應(yīng)的溫度為 T0， T1， T2， ..,Tn。先考慮其中時間ｔ i1～ｔ i 時產(chǎn)生的溫度應(yīng)力在連續(xù)變溫條件下松弛到ｔ n 的情形：ｔ i1～ｔ i 時間內(nèi)，溫度變化產(chǎn)生的瞬時溫度應(yīng)力在隨后的時間內(nèi)可產(chǎn)生一定的應(yīng)力松弛。由于溫度時刻在變化，所以松弛時間并不是簡單地把起止時刻相減 (ｔ nｔ i)，而是應(yīng)按前面的推導(dǎo)，把不同溫度下的松弛時間根據(jù)時溫轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換成 Ti 溫度時的松弛時間。 臨界開裂溫度的計(jì)算 ? 通過 DT 試驗(yàn)得到破壞應(yīng)力值，與計(jì)算的溫度應(yīng)力值相比較，一般至少應(yīng)有兩個溫度下的 DT 試驗(yàn)結(jié)果，通常這兩個試驗(yàn)溫度與 BBR 試驗(yàn)溫度相同，如果溫度應(yīng)力的曲線和破壞應(yīng)力的曲線不相交，則應(yīng)在其它溫度下重新做 DT 試驗(yàn)。 ? 新的評價瀝青低溫性能的方法通過數(shù)學(xué)模型的方式，利用 BBR 和 DT數(shù)據(jù)回歸計(jì)算得到臨界開裂溫度， 對瀝青低溫性能的預(yù)測更加直觀。 ?