摘 要：
本文通过三种试验评价老路沥青路面抗裂性能，试验结果表明:劈裂强度试验结果显示，2014 年就地热再生段芯样总体强度高于2010 年就地热再生路段芯样，就地热再生路面随着时间的增长而强度降低。半圆弯曲试验中，2010年就地热再生路段行车道强度均值为2． 12 MPa，2014 年就地热再生路段行车道强度均值为2． 60 MPa，2010 年再生路段强度明显低于2014 年再生路段，可判断2010 年及以前开展的就地热再生路面上面层抗裂性能已经大幅衰减，在养护规划时考虑对其进行处治。直接拉伸试验中，整体上呈现中面层抗拉强度和断裂能最小，上面层、下面层抗拉强度和断裂能优于中面层的规律性沥青网sinoasphalt.com。这是因为中面层作为路面结构的受压区，在车辆荷载和温度荷载的反复作用下发生的疲劳破坏更加严重。
关键词：劈裂强度; 就地热再生; 半圆弯曲试验; 直接拉伸试验;断裂能
0 前言
随着经济的迅速增长，我国交通事业发展迎来新的机遇与挑战。2019 年9 月中共中央、国务院印发了《交通强国建设纲要》，交通强国战略是立足国情、着眼全局、面向未来作出的重大全局战略决策，它的提出为我国交通事业发展指明了方向，具体到道路工程领域，对路面使用性能提出了更高的要求。而沥青路面的抗裂性能是确保沥青路面寿命的关键，一方面沥青路面在承受重载反复作用后会出现疲劳开裂，从而使得沥青路面破坏，另一方面沥青是温度敏感性材料，温度较低时容易发生低温开裂，影响沥青路面使用寿命及性能［1 － 3］。科学、准确地评价老路沥青路面抗裂性能状况，是提出老路维修设计方案的基础和有力支撑。本文依托某高速公路沥青路面养护维修，对老路沥青面层抗裂性能进行评价分析。
1 试验方案
1． 1 劈裂强度试验
劈裂强度是热拌沥青混合料路面的最重要指标之一。沥青路面的破坏，如疲劳开裂和低温缩裂，与热拌沥青混合料的劈裂强度密切相关。长期以来，路面工程师和研究人员一直广泛采用劈裂试验( IDT) 来评价沥青混合料的抗拉强度。针对老路历年开展了较多的就地热再生养护的现状，为评价其热再生后沥青混合料的性能，本文采用劈裂试验测定在15℃条件下劈裂破坏的强度。本文针对不同时期开展就地热再生的段落进行取芯，主要包括2010 年和2014 年开展就地热再生的段落，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》( JTG E20—2011) 规定的尺寸，直径150 mm，高40 mm，在15℃ ± 0． 5℃条件下，以50 mm/min 的加载速率进行加载。针对就地热再生路段芯样进行了半圆弯曲强度试验。试件与劈裂强度试验一致，试件分别来源于2010 年就地热再生和2014 年就地热再生路段。
1． 2 半圆弯曲试验
采用沥青混合料半圆弯曲( Semi Circle Bending，SCB) 试验评价沥青混合料的抗裂性能。标准半圆试件尺寸为直径150 mm，厚度40 ～ 50 mm。根据最大公称粒径的不同，为便于与实际路面芯样情况吻合，标准半圆试件尺寸有所不同，对于最大公称粒径不大于13 mm 的沥青混合料，采用厚度为40 mm 的半圆试件作为标准试件，对于最大公称粒径大于13mm 的采用厚度50 mm 的半圆试件作为标准试件。本研究中采用低速率半圆弯曲试验，试验温度设定为15℃，加载速率为0． 5 mm/min。
1． 3 直接拉伸试验
采用沥青混合料内聚力试验评价结构层内部结构强度，目前国内的沥青混合料试验规程中还找不到这个实验的方法，但是可以依据国外试验规范进行试验。有时试验过程会出现一些问题，比如接触不良，试验数据并不是很准; 加载后达不到最大的变形就结束了试验。但是该试验受力简单，最大拉应力出现在试件中部，但是与实际荷载下真实应力状态比较接近，更有利于裂缝的发生与开展。采用WDW － 100电子万能试验机，荷载由传感器测定，试验系统加载能力可以达到100 kN，最大荷载不超过量程的80%。通过拉伸的方式，底部为梁式支座，支座与上压头均为直径1 cm 的圆柱体滑动支座。支座间距为10 cm。采用环境保温箱进行温度控制，温度控制范围大于－ 12℃ ～ 60℃，控温精度为0． 5℃。利用LVDT 自动记录跨中压头处位移变化数据，利用自动数据采集仪器记录竖向压力和竖向位移的变化数据。按照相应的计算方法测试沥青混合料力学性能最大拉应力，并计算相应的断裂能。
上述劈裂强度试验和半圆弯曲试验中所用样品来源于现场钻取芯样。
2 试验结果
2． 1 劈裂强度试验结果
劈裂强度表征沥青混合料的抗拉性能，根据不同热再生时间的芯样劈裂强度试验结果( 见图1) 可以看出，2014 年就地热再生段芯样总体强度高于2010 年就地热再生路段芯样，其中2014 年就地热再生路段芯样平均劈裂强度为1． 67MPa，而2010 年就地热再生路段平均劈裂强度为1． 24 MPa，由此可以看出，就地热再生路面随着时间的增长其强度降低。
进一步分析，根据《公路沥青路面设计规范》( JTGD50—2017) 中关于沥青混合料设计参数要求，细粒式沥青混合料15℃劈裂强度要求为1． 2 ～ 1． 6 MPa，对比试验结果可以发现，2010 年开展就地热再生路段的芯样劈裂强度中75%的芯样结果低于规范的下限要求，因此，针对2010 年以及之前开展的就地热再生路段，在养护规划过程中需要进行针对性的处治。而根据相关研究成果，对于SBS 改性沥青AK － 13 型沥青混合料的劈裂强度取值范围在1． 8 ～ 2． 4 MPa之间，由此可以看出，就地热再生路段沥青混合料性能存在较大程度衰减，衰减程度与就地热再生时间密切相关。
2． 2 半圆弯曲试验结果
1) 从抗弯拉强度( 见图2) 结果看，2010 年就地热再生路段行车道强度均值为2． 12 MPa，2014 年就地热再生路段行车道强度均值为2． 60 MPa，2010 年再生路段强度明显低于2014 年再生路段; 路肩处抗弯拉强度均值为2． 32 MPa。
2) 从断裂能( 见图3) 结果看，2010 年就地热再生路段行车道断裂能均值为639． 55 J /m2，2014 年就地热再生路段行车道断裂能均值为1 141． 67 J /m2，同样也是2010 年再生路段断裂能显著低于2014 年再生路段; 而路肩处断裂能均值为1 234． 64 J /m2，较再生路段断裂能高，表明原状路面抗裂性能较再生后路面强。
根据半圆弯曲试验结果分析可以判断: 2014 年就地热再生路面抗弯拉性能高于2010 年就地热再生路面，而与原状路面抗弯拉性能基本相当。因此，可以判断2010 年及以前开展的就地热再生路面上面层抗裂性能已经大幅衰减，在养护规划时考虑对其进行处治。
2． 3 直接拉伸试验结果
1) 通过不同断面路面芯样直接拉伸试验结果( 见图4 ～ 5)可知，无论是抗拉强度还是断裂能，整体上呈现中面层抗拉强度和断裂能最小，上面层、下面层抗拉强度和断裂能优于中面层的规律性。这是因为中面层作为路面结构的受压区，在车辆荷载和温度荷载的反复作用下发生的疲劳破坏更加严重。
2) 行车道由于承受较多的车辆荷载，尤其是重载车辆基本上均行驶在行车道，再加上雨雪天气时车辆通行时造成的动水荷载的冲击作用，发生的疲劳破坏较为严重，表现为行车道路面芯样的抗拉强度和断裂能普遍小于应急车道。
3) 通过对不同断面路面芯样抗拉强度和断裂能进行宏观对比分析，发现频繁养护断面整体上抗拉性能表现最差，但是其他不同断面之间的路面芯样抗拉性能基本上不存在对比性的规律性结论，这与样本数量较少，无法利用统计学上的原理进行分析有关。
3 结论
1) 劈裂强度试验结果显示，2014 年就地热再生段芯样总体强度高于2010 年就地热再生路段芯样，其中2014 年就地热再生路段芯样平均劈裂强度为1． 67 MPa，而2010 年就地热再生路段平均劈裂强度为1． 24 MPa，由此可以看出，就地热再生路面随着时间的增长其强度降低。进一步分析，细粒式沥青混合料15℃劈裂强度要求为1． 2 ～ 1． 6 MPa，对比试验结果可以发现，2010 年开展就地热再生路段的芯样劈裂强度中75%的芯样结果低于规范的下限要求，因此，针对2010 年以及之前开展的就地热再生路段在养护规划过程中需要进行针对性的处治。
2) 半圆弯曲试验中，从抗弯拉强度角度看，2010 年就地热再生路段行车道强度均值为2． 12 MPa，2014 年就地热再生路段行车道强度均值为2． 60 MPa，2010 年再生路段强度明显低于2014 年再生路段。从断裂能角度看，2010 年就地热再生路段行车道断裂能均值为639． 55 J /m2，2014 年就地热再生路段行车道断裂能均值为1 141 ． 67 J /m2，可判断2014 年就地热再生路面抗弯拉性能高于2010 年就地热再生路面，而与原状路面抗弯拉性能基本相当。因此，可以判断2010 年及以前开展的就地热再生路面上面层抗裂性能已经大幅衰减，在养护规划时考虑对其进行处治。
3) 直接拉伸试验中，通过不同断面路面芯样直接拉伸试验结果可知，无论是抗拉强度还是断裂能，整体上呈现中面层抗拉强度和断裂能最小，上面层、下面层抗拉强度和断裂能优于中面层的规律性。这是因为中面层作为路面结构的受压区，在车辆荷载和温度荷载的反复作用下发生的疲劳破坏更加严重。
参考文献：
［1］ 刘利华，冯守中，高巍． 高寒地区沥青路面结构低温破坏理论分析［J］． 公路交通科技，2016，33( 4) : 48 － 51．
［2］ 王瑞涛，刘红，曹东伟． 再生纤维增强沥青路面低温抗裂性能评价［J］． 中外公路，2012，32( 6) : 115 － 119．
［3］ 王亨庭，冯德成，栾海，等． 沥青路面低温开裂指数对技术状况评定及养护成本的影响分析［J］． 公路，2019，64 ( 3 ) : 280－ 283．
原创作者：陈书豪， 苏交科集团股份有限公司，江苏南京210017。
