提要:瀝青路面是以瀝青材料和礦料而修建的面層與各類基層和墊層所組成的路面結構，它具有無接縫、平整度好、噪音低、振動小、施工期短、便于養護維修方面及外形美觀等優點，在道路工程中得到了廣泛的使用。但瀝青路面在使用過程中容易出現各種病害，其中瀝青混合料的剪切破壞主要是瀝青混合料的高溫穩定性不足，在荷載作用下產生變形和剪切推移，致使路面出現過大的車轍和擁包等現象。論文從瀝青混合料的級配類型、油石比，壓實度、溫度、加載速率五個因素分析了對瀝青混合料的剪切性能的影響。
　　關鍵詞:瀝青混合料、抗剪強度、剪切性能、影響因素分析
　　
　　1、 瀝青路面產生破壞的主要原因
　　（1） 夏季高溫時因抗剪強度不足或塑性變形過大而引起的高溫破壞；
　　（2） 冬季低溫時抗拉強度不足或應力松弛模量降低太慢而抵抗變形能力較差，引起的溫度開裂；
　　（3） 瀝青路面經受車輪荷載的反復作用，長期處于應力應變交迭變化狀態，致使疲勞損傷不斷累積，當荷載重復作用超過一定的次數以后，在荷載作用下路面內產生的應力就會超過強度下降的結構抗力，使路面產生疲勞破壞。
　　2、瀝青混合料的剪切破壞主要是瀝青混合料的高溫穩定性不足，在荷載作用下產生變形和剪切推移，致使路面出現過大的車轍和擁包等現象。因此，多年來，對于瀝青混合料的抗剪性能的研究也主要著眼于材料的高溫穩定性。
　　3、試驗參數對剪切試驗的影響分析
　　瀝青混合料高溫抗剪強度取決于瀝青混合料的粘聚力c與內摩阻角Φ。瀝青混合料的內摩阻角主要決定于瀝青混合料的礦料級配、顆粒形狀、表面特征及瀝青膜厚度等,而粘聚力主要取決于瀝青的性能及瀝青與礦料的相互作用。同時影響瀝青路面高溫抗剪強度的因素主要包括礦質集料特性、級配、瀝青膠結料性能、瀝青與礦料之間的相互作用及路面結構與氣候條件。為此,通過大量室內剪切試驗,分析瀝青混合料的級配類型、級配走向、油石比、壓實度與瀝青種類等因素對其抗剪強度指標c、Φ值的影響,找出其中的相關影響規律,為瀝青混合料設計、施工控制提供技術依據。
　　(1)瀝青混合料的級配類型對抗剪指標c、Φ值的影響
　　采用SBS改性瀝青,對級配1~級配3這3種不同級配在最佳油石比下成型試件,進行剪切試驗，試驗結果表明,隨著礦料粒徑的增大,瀝青混合料的粘聚力c值呈下降趨勢,級配1的c值要大于級配2和級配3的。從膠漿理論出發,較細的集料膠漿能力較強,級配1的集料較級配2和級配3細,從而能提供較大的粘聚力。瀝青混合料的摩擦角Φ隨著礦料最大粒徑的增大而減少,即級配1>級配2>級配3,級配1、級配2的摩擦角Φ差別不大,級配3的摩擦角Φ最小。其可能的原因是,在集料形成嵌擠結構的前提下,較細的集料顆粒之間的接觸點增多,從而摩擦角也會相應的增大。
　　(2)瀝青混合料的油石比對抗剪指標c、Φ值的影響
　　采用級配1和SBS改性瀝青,在5%、5.5%、5.7%、6.0%與6.5%這5種油石比下成型試件,進行三軸剪切試驗,從剪切試驗結果可以看出,對于瀝青混合料SMA—13,當油石比從5%增加到5.7%,其抗剪強度指標c值逐漸增大,當油石比為5.7%時,c值達到最大,之后c值隨著油石比的增加迅速下降。這表明瀝青混合料的粘結力在最佳油石比處達到最大,而瀝青用量一旦超過最佳油石比,粘結力迅速減弱。對于改性瀝青混合料SMA—13,隨油石比的增大,其抗剪強度指標Φ值總體呈下降趨勢。
　　因此,嚴格控制瀝青混合料的油石比是確保瀝青混合料的抗剪切強度的重要措施。瀝青混合料的抗剪強度參數c、Φ值在最佳油石比時都達到最大,當油石比小于最佳油石比時,c、Φ值下降不大,當油石比大于最佳油石比時,c、Φ值下降很快。
　　(3)瀝青混合料的壓實度對抗剪指標c、Φ值的影響
　　采用級配1和SBS改性瀝青,在最佳油石比5.7%下按設計空隙率為4%,7%,10%(換算成壓實度分別為99.7%、96.5%、94.4%)分別成型試件,進行剪切試驗,從試驗結果可以看出,對于改性瀝青混合料SMA—13,其抗剪指標c、Φ值都隨著壓實度的增大而增大,壓實度減小1%,抗剪指標c值減小15.5kPa,Φ值減少1.74°。這表明壓實度的大小對抗剪指標c、Φ值的影響十分顯著。
　　(4)瀝青混合料的溫度對抗剪性能的影響
　　瀝青混合料是一種粘彈塑性材料，其粘結力受溫度的影響很大。夏天高溫天氣，高速公路連續重載渠化交通或易急剎車轉彎路口路段，使得瀝青混合料的粘結力變小，抗剪強度降低。這種情況是對瀝青混合料剪切作用最不利的溫度荷載組合方式，瀝青混合料也最容易出現塑性流動變形或形成車轍。
　　Superpave規定采用有效溫度Teff(PD)進行試驗，Teff(PD)定義為這樣的一個溫度。在這個溫度所產生的永久變形損壞的量，與對于一個整年內分別考慮各個季節所產生的永久變形損壞相當。在計算有效溫度Teff(PD)時，需要確定考慮的瀝青路面層臨界深度Zcr、設計的年平均氣溫MAAT設計、平均的年平均氣溫
　　MAAT平均、年平均氣溫的標準差σ標準差以及由設計者根據項目重要性選定的可靠度水平Kα等參數。
　　用于永久變形試驗的溫度則由式（1.3）確定：
　　Teff(PD)=30.8-0.12Zcr+0.92MAA設計（1.3）
　　式中：Teff(PD)——永久變形試驗有效溫度（℃）；
　　Zcr——計算的瀝青混合料層的臨界深度（mm）；
　　MAAT設計——MAAT平均+Kασ標準差；
　　MAAT平均——根據歷史資料計算的年平均氣溫的平均值；
　　σ標準差——年平均氣溫的標準差；
　　Kα——保證率系數。
　　在通常的汽車荷載條件下，永久變形主要在夏季氣溫高于25℃～30℃左右，即瀝青路面的路表溫度達到40℃～50℃以上，已經達到或超過道路瀝青軟化點溫度的情況下容易產生，且隨著溫度升高和荷載的加重，變形愈大。另外，某些地區在夏季氣溫可達到40℃～45℃，此時路面溫度達到65℃～70℃，雖然持續時間不長但對路面造成的危害不可忽視，同時根據瀝青材料的溫度時間換算法則，長時間承受荷載與高溫條件是等效的，而且時間是累積的。瀝青混合料的溫度對瀝青混合料的剪切應變有著顯著的影響，溫度的升高，瀝青混合料高溫性能下降。
　　(5)加載速率對瀝青混合料抗剪性能的影響
　　本試驗中，分別采用5mm/min、10mm/min、20mm/min、50mm/min四中加載速率進行剪切試驗，從實驗結果可以看出，加載速率對瀝青混合料的強度有較大的影響，隨著加載速率的增大，瀝青混合料強度也隨之增加，C值隨著加載速率的增大而增大，而Φ值隨加載速率的增大變化較小。瀝青混合料作為一種粘-彈性材料，利用剪切試驗，能夠反映其內在的規律。
　　5、結論
　　在對試驗參數對剪切試驗的影響分析中，論文分別進行了主要瀝青混合料的五個方面研究：級配類型、油石比、壓實度、溫度、加載速率。這五種因素對于瀝青混合料的抗剪性能都有較大的影響。但由于受時間、人力和物力等限制，室內的瀝青混合料剪切試驗與路上實際現場還存在差異，有待進一步研究兩者之間的差別和聯系。
　　
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