室內(nèi)外環(huán)境下瀝青混合料力學(xué)性能的老化演變與精準(zhǔn)評價一、引言1.1研究背景與意義隨著我國交通事業(yè)的飛速發(fā)展，瀝青路面因其具有良好的行車舒適性、降噪性以及維修方便等優(yōu)點，在公路建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。然而，在實際使用過程中，瀝青混合料會受到各種因素的影響而發(fā)生老化現(xiàn)象。瀝青老化是指瀝青在生產(chǎn)、運輸、儲存及使用過程中，由于長期暴露在空氣中，受到熱、氧、光、水等環(huán)境因素的作用，發(fā)生揮發(fā)、氧化、分解、聚合等一系列不可逆的物理化學(xué)變化，導(dǎo)致其內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組分改變，進(jìn)而使瀝青的物理化學(xué)性質(zhì)逐漸劣化。瀝青混合料老化后，其性能會發(fā)生顯著變化。從宏觀性能來看，老化會導(dǎo)致瀝青的粘度增大、軟化點升高，針入度、延度降低，使得瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性和疲勞性能等路用性能下降。例如，老化后的瀝青變硬變脆，在低溫環(huán)境下更容易產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重時會出現(xiàn)網(wǎng)狀裂縫；老化還會降低瀝青與集料的黏附性，使得瀝青混合料在水分作用下更容易松散、剝落，形成坑槽等病害，進(jìn)而降低路面的抗滑性和平整度，影響行車舒適性和安全性。此外，瀝青混合料老化還會增加道路的養(yǎng)護(hù)成本和社會經(jīng)濟(jì)成本。由于老化導(dǎo)致的路面病害需要定期進(jìn)行維修和更換，這不僅耗費大量的人力、物力和財力，還會影響道路的正常使用，造成交通擁堵，給社會經(jīng)濟(jì)帶來不利影響。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，每年我國因道路養(yǎng)護(hù)和維修所投入的資金高達(dá)數(shù)百億元，其中很大一部分是由于瀝青混合料老化引起的路面病害所導(dǎo)致的。目前，國內(nèi)外對于瀝青混合料老化性能的研究主要集中在室內(nèi)模擬老化試驗方面，通過烘箱老化法、旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化法等試驗方法來研究瀝青混合料老化后的性能變化規(guī)律。然而，室內(nèi)模擬老化試驗雖然能夠在一定程度上反映瀝青混合料的老化特性，但與實際室外自然老化環(huán)境存在差異，無法完全真實地模擬瀝青混合料在實際使用過程中受到的多種復(fù)雜因素的綜合作用。因此，開展室內(nèi)外老化瀝青混合料力學(xué)性能評價研究具有重要的現(xiàn)實意義。通過對室內(nèi)外老化瀝青混合料力學(xué)性能的對比研究，可以更加全面、準(zhǔn)確地了解瀝青混合料在實際使用過程中的老化行為和性能變化規(guī)律，為瀝青路面的設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。這有助于優(yōu)化瀝青混合料的配合比設(shè)計，提高瀝青路面的耐久性和使用壽命；還可以為制定合理的道路養(yǎng)護(hù)策略提供參考，減少道路養(yǎng)護(hù)成本，提高道路的使用效率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在瀝青混合料老化方面，國外研究起步較早。美國戰(zhàn)略公路研究計劃（SHRP）對瀝青及瀝青混合料的老化進(jìn)行了深入研究，將瀝青混合料的老化分為短期老化和長期老化兩個階段，并提出了相應(yīng)的試驗方法。其中，短期老化采用烘箱老化法，將松散混合料置于135℃±1℃的強(qiáng)制通風(fēng)烘箱內(nèi)加熱4h±5min，以模擬瀝青混合料在施工階段的老化；長期老化采用長期烘箱加熱老化或加壓氧化處理，將經(jīng)過短期老化后的成型試件放置于強(qiáng)制通風(fēng)烘箱內(nèi)，以85℃的溫度進(jìn)行為期5d的長期老化，或采用100℃的溫度進(jìn)行為期2d的長期老化，旨在模擬瀝青路面在使用期內(nèi)的老化情況。在瀝青老化機(jī)理研究方面，國外學(xué)者通過傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、凝膠滲透色譜（GPC）等技術(shù)，深入分析了瀝青在老化過程中化學(xué)結(jié)構(gòu)和分子組成的變化。研究發(fā)現(xiàn)，瀝青老化過程中，瀝青質(zhì)含量增加，芳香分和飽和分含量減少，導(dǎo)致瀝青的粘度增大，延展性降低。同時，老化過程中瀝青分子發(fā)生氧化、聚合等反應(yīng)，形成了更多的極性基團(tuán)，進(jìn)一步影響了瀝青的性能。在瀝青混合料力學(xué)性能評價方面，國外學(xué)者提出了多種評價指標(biāo)和方法。動態(tài)模量是衡量瀝青混合料力學(xué)性能的重要指標(biāo)之一，美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通過動態(tài)模量試驗來評價瀝青混合料在不同溫度和加載頻率下的力學(xué)響應(yīng)。此外，疲勞性能也是研究的重點之一，通過疲勞試驗，如四點彎曲疲勞試驗、間接拉伸疲勞試驗等，建立疲勞壽命模型，以評估瀝青混合料的疲勞性能。國內(nèi)在瀝青混合料老化和力學(xué)性能評價方面也開展了大量研究。在老化試驗方法方面，基本借鑒了國外的研究成果，并結(jié)合國內(nèi)實際情況進(jìn)行了改進(jìn)和完善。例如，在烘箱老化法中，對溫度和時間的控制進(jìn)行了更嚴(yán)格的規(guī)定，以提高試驗的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。在老化對瀝青混合料力學(xué)性能影響的研究方面，國內(nèi)學(xué)者通過大量室內(nèi)試驗，研究了老化對瀝青混合料高低溫性能、水穩(wěn)定性能、疲勞性能等的影響。張爭奇等學(xué)者利用老化程度不同的瀝青混合料進(jìn)行劈裂試驗，分析得出只有老化過的試件才能進(jìn)行低溫性能試驗，且短期老化的低溫敏感性更好，瀝青混合料的低溫性能是評價其路用性能的重要指標(biāo)。李寧利等人采用普通瀝青混合料和改性瀝青混合料，通過短期老化和長期老化之后小梁試樣的彎曲和彎曲蠕變進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明長期老化后改性瀝青混合料彎曲蠕變性能優(yōu)于普通瀝青混合料。雖然國內(nèi)外在瀝青混合料老化和力學(xué)性能評價方面取得了豐碩的成果，但仍存在一些不足之處。一方面，現(xiàn)有的室內(nèi)模擬老化試驗方法雖然能夠在一定程度上反映瀝青混合料的老化特性，但與實際室外自然老化環(huán)境存在差異，無法完全真實地模擬瀝青混合料在實際使用過程中受到的多種復(fù)雜因素的綜合作用。另一方面，對于室內(nèi)外老化瀝青混合料力學(xué)性能的對比研究還不夠系統(tǒng)和深入，缺乏全面、準(zhǔn)確的評價方法和指標(biāo)體系。本研究將針對這些不足，開展室內(nèi)外老化瀝青混合料力學(xué)性能評價研究，以期為瀝青路面的設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)和管理提供更科學(xué)、準(zhǔn)確的依據(jù)。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容室內(nèi)外老化試驗：開展室內(nèi)老化試驗，依據(jù)美國戰(zhàn)略公路研究計劃（SHRP）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對瀝青混合料進(jìn)行短期老化和長期老化處理。短期老化采用烘箱老化法，將松散混合料置于135℃±1℃的強(qiáng)制通風(fēng)烘箱內(nèi)加熱4h±5min，模擬瀝青混合料在施工階段的老化；長期老化將經(jīng)過短期老化后的成型試件放置于強(qiáng)制通風(fēng)烘箱內(nèi)，以85℃的溫度進(jìn)行為期5d的長期老化，模擬瀝青路面在使用期內(nèi)的老化情況。在室外，選取具有代表性的瀝青路面路段，定期鉆取芯樣，獲取不同服役時間的瀝青混合料，以研究其在自然環(huán)境下的老化情況。力學(xué)性能測試：對室內(nèi)老化后的瀝青混合料試件和室外鉆取的芯樣，進(jìn)行全面的力學(xué)性能測試。包括高溫性能測試，采用車轍試驗，在規(guī)定溫度和荷載條件下，測定試件的動穩(wěn)定度，以此評價其抵抗高溫變形的能力；低溫性能測試通過低溫彎曲試驗，測量試件在低溫下的破壞應(yīng)變和彎曲勁度模量，評估其低溫抗裂性能；水穩(wěn)定性能測試則采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，分別測定試件的殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度比，分析其在水作用下的穩(wěn)定性；疲勞性能測試?yán)盟狞c彎曲疲勞試驗，記錄試件在循環(huán)荷載作用下的疲勞壽命，建立疲勞壽命模型，研究其疲勞性能。微觀結(jié)構(gòu)分析：借助掃描電子顯微鏡（SEM）和傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）等微觀測試手段，深入分析室內(nèi)外老化瀝青混合料的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成變化。通過SEM觀察老化前后瀝青與集料的界面粘結(jié)情況、瀝青膜的微觀形態(tài)以及集料的表面特征等，從微觀角度揭示老化對瀝青混合料性能的影響機(jī)制；運用FT-IR分析老化過程中瀝青分子結(jié)構(gòu)的變化，如羰基、亞砜基等官能團(tuán)的生成和變化情況，進(jìn)一步探究瀝青老化的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。性能對比與評價：系統(tǒng)對比室內(nèi)外老化瀝青混合料的力學(xué)性能測試結(jié)果和微觀結(jié)構(gòu)分析數(shù)據(jù)，明確室內(nèi)模擬老化與室外自然老化之間的差異和聯(lián)系。建立科學(xué)合理的室內(nèi)外老化瀝青混合料力學(xué)性能評價體系，綜合考慮多種性能指標(biāo)，運用層次分析法等數(shù)學(xué)方法，確定各指標(biāo)的權(quán)重，對不同老化條件下的瀝青混合料性能進(jìn)行全面、客觀的評價，為瀝青路面的設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)提供準(zhǔn)確的理論依據(jù)。1.3.2研究方法試驗研究法：按照相關(guān)試驗規(guī)程，嚴(yán)格進(jìn)行室內(nèi)老化試驗、力學(xué)性能測試以及微觀結(jié)構(gòu)分析試驗，確保試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在試驗過程中，對試驗條件、試驗步驟和試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，以便后續(xù)分析和研究。對比分析法：將室內(nèi)老化瀝青混合料的各項性能指標(biāo)與室外自然老化的瀝青混合料進(jìn)行對比，分析老化因素對瀝青混合料性能的影響規(guī)律。同時，對不同老化程度的瀝青混合料性能進(jìn)行對比，探究老化程度與性能變化之間的定量關(guān)系。微觀測試法：運用SEM、FT-IR等微觀測試技術(shù)，從微觀層面分析瀝青混合料的結(jié)構(gòu)和組成變化，深入研究老化機(jī)理。通過微觀測試結(jié)果，解釋宏觀性能變化的內(nèi)在原因，為改善瀝青混合料的抗老化性能提供微觀依據(jù)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析法：對試驗得到的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，運用統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如計算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等，分析數(shù)據(jù)的離散程度和分布規(guī)律。通過回歸分析等方法，建立性能指標(biāo)與老化因素之間的數(shù)學(xué)模型，預(yù)測瀝青混合料在不同老化條件下的性能變化趨勢。二、瀝青混合料老化機(jī)理與影響因素2.1老化機(jī)理分析2.1.1物理老化瀝青的物理老化主要是在溫度、時間等因素作用下，其物理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。在低溫環(huán)境中，瀝青分子的熱運動減緩，分子間的距離逐漸減小，瀝青的粘度隨之增大，表現(xiàn)出硬化的特征。隨著時間的推移，這種硬化現(xiàn)象會不斷發(fā)展，使得瀝青的柔韌性降低，脆化趨勢愈發(fā)明顯。當(dāng)溫度發(fā)生變化時，瀝青會產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象。在高溫時，瀝青膨脹，分子間的空隙增大；低溫時，瀝青收縮，分子間相互靠近。這種反復(fù)的溫度循環(huán)作用，會導(dǎo)致瀝青內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸變得不穩(wěn)定，內(nèi)部應(yīng)力不斷積累。例如，在晝夜溫差較大的地區(qū)，瀝青路面在白天高溫時變軟，夜晚低溫時變硬，長期的這種溫度變化使得瀝青逐漸失去彈性，脆化程度加劇，容易產(chǎn)生裂縫等病害。時間也是影響瀝青物理老化的重要因素。隨著時間的延長，瀝青分子會逐漸重新排列，形成更為緊密的結(jié)構(gòu)，這一過程使得瀝青的硬度不斷增加，延度減小。在實際道路使用過程中，經(jīng)過多年的服役，瀝青路面的表面瀝青由于長期暴露在自然環(huán)境中，受到溫度、時間等因素的綜合作用，物理老化現(xiàn)象更為顯著，表現(xiàn)為路面表面變硬、變脆，抗變形能力下降。2.1.2化學(xué)老化瀝青的化學(xué)老化主要是在氧、紫外線等作用下發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)。在氧氣的作用下，瀝青中的不飽和烴類物質(zhì)會發(fā)生氧化反應(yīng)。例如，瀝青中的碳-碳雙鍵（C=C）容易與氧氣發(fā)生反應(yīng)，形成羰基（C=O）等含氧官能團(tuán)。反應(yīng)過程中，氧氣首先與瀝青分子中的不飽和鍵發(fā)生加成反應(yīng)，生成過氧化物中間體，過氧化物中間體進(jìn)一步分解，形成羰基化合物和自由基。自由基又會引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，使更多的瀝青分子發(fā)生氧化，導(dǎo)致瀝青的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。這種氧化反應(yīng)使得瀝青的極性增加，分子間的相互作用力增強(qiáng)，從而導(dǎo)致瀝青的粘度增大，軟化點升高。紫外線對瀝青的老化也起著重要作用。瀝青分子吸收紫外線的能量后，分子中的化學(xué)鍵會發(fā)生斷裂，產(chǎn)生自由基。這些自由基非?；顫?，能夠引發(fā)一系列的化學(xué)反應(yīng)，如氧化、聚合等。例如，自由基與氧氣反應(yīng)生成過氧化自由基，過氧化自由基又會與瀝青分子反應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)氧化反應(yīng)的進(jìn)行。同時，自由基之間還會發(fā)生聚合反應(yīng)，使瀝青分子的分子量增大，形成更大的分子結(jié)構(gòu)。這種聚合反應(yīng)會導(dǎo)致瀝青質(zhì)含量增加，芳香分和飽和分含量減少，瀝青的膠體結(jié)構(gòu)遭到破壞，從而使瀝青的性能劣化，表現(xiàn)為變硬、變脆，低溫抗裂性能下降。在實際的瀝青路面中，氧和紫外線往往同時作用，加速瀝青的化學(xué)老化過程。路面表面的瀝青直接暴露在空氣中，與氧氣充分接觸，同時受到陽光中紫外線的照射，使得化學(xué)老化現(xiàn)象更為嚴(yán)重。而路面內(nèi)部的瀝青由于受到一定的屏蔽作用，化學(xué)老化程度相對較輕，但隨著時間的推移，老化也會逐漸向內(nèi)部發(fā)展。2.2室內(nèi)老化影響因素在室內(nèi)老化試驗中，加熱溫度、加熱時間、氧氣含量等因素對瀝青混合料的老化程度有著顯著影響。加熱溫度是影響瀝青混合料老化的關(guān)鍵因素之一。一般來說，溫度越高，瀝青混合料的老化速度越快。在高溫條件下，瀝青分子的熱運動加劇，分子間的化學(xué)反應(yīng)更容易發(fā)生，從而加速了瀝青的氧化和聚合反應(yīng)。例如，當(dāng)加熱溫度從135℃升高到155℃時，瀝青中羰基、亞砜基等含氧官能團(tuán)的生成速率明顯加快，這表明瀝青的氧化程度加深，老化更為嚴(yán)重。何兆益等人通過提高短期老化溫度，模擬高溫生產(chǎn)工藝對瀝青混合料老化性能的影響，根據(jù)不同老化時間、不同老化溫度瀝青混合料間接拉伸破壞試驗結(jié)果的變化，證明了加熱溫度對瀝青混合料老化有明顯的影響。高溫生產(chǎn)對抗車轍劑瀝青混合料的抗老化性能有所削弱，這進(jìn)一步說明了加熱溫度升高會加速瀝青混合料的老化進(jìn)程，對其性能產(chǎn)生不利影響。加熱時間也是影響瀝青混合料老化程度的重要因素。隨著加熱時間的延長，瀝青混合料與氧氣等老化因素的接觸時間增加，老化反應(yīng)不斷進(jìn)行，老化程度逐漸加深。研究表明，在相同的加熱溫度下，瀝青混合料的老化程度與加熱時間近似呈線性關(guān)系。例如，在135℃的烘箱中，瀝青混合料加熱2h和4h后的性能存在明顯差異，加熱4h后的瀝青混合料針入度降低更明顯，延度減小，表明其老化程度更嚴(yán)重。這是因為隨著時間的延長，瀝青中的輕質(zhì)組分不斷揮發(fā)，重質(zhì)組分逐漸增多，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致瀝青的性能劣化。氧氣含量同樣對瀝青混合料的老化有著重要作用。氧氣是瀝青氧化老化的主要參與者，充足的氧氣供應(yīng)能夠促進(jìn)瀝青的氧化反應(yīng)。在室內(nèi)老化試驗中，若試驗環(huán)境中氧氣含量較高，瀝青混合料的老化速度會加快。當(dāng)采用強(qiáng)制通風(fēng)的烘箱進(jìn)行老化試驗時，大量新鮮空氣的進(jìn)入保證了氧氣的充足供應(yīng)，使得瀝青混合料在較短時間內(nèi)就能夠達(dá)到較高的老化程度。相反，若氧氣含量受限，老化反應(yīng)的速率會受到抑制。例如，在密封條件下進(jìn)行老化試驗，由于氧氣供應(yīng)不足，瀝青混合料的老化程度明顯低于通風(fēng)條件下的老化程度。2.3室外老化影響因素在室外環(huán)境中，瀝青混合料會受到多種復(fù)雜因素的綜合作用而發(fā)生老化，這些因素主要包括紫外線輻射、溫度變化、降水以及交通荷載等，它們各自以不同的方式對瀝青混合料的老化產(chǎn)生影響。紫外線輻射是導(dǎo)致瀝青混合料老化的重要因素之一。太陽輻射中的紫外線能量較高，能夠使瀝青分子中的化學(xué)鍵斷裂，產(chǎn)生自由基。這些自由基具有很高的活性，會引發(fā)一系列的化學(xué)反應(yīng)，如氧化、聚合等，從而導(dǎo)致瀝青的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。研究表明，紫外線輻射會使瀝青中的羰基和亞砜基含量增加，這是瀝青老化的重要標(biāo)志。在高海拔地區(qū)，由于大氣對紫外線的削弱作用較弱，瀝青路面受到的紫外線輻射更強(qiáng)，老化速度明顯加快，路面更容易出現(xiàn)硬化、開裂等病害。溫度變化對瀝青混合料老化也有著顯著影響。在高溫環(huán)境下，瀝青分子的熱運動加劇，分子間的相互作用力減弱，使得瀝青的粘度降低，流動性增加。此時，瀝青更容易發(fā)生氧化反應(yīng)，老化速度加快。例如，在夏季高溫時段，路面溫度常常超過60℃，瀝青混合料中的瀝青容易變軟，與集料的粘附性下降，導(dǎo)致路面出現(xiàn)車轍、泛油等病害。而在低溫環(huán)境下，瀝青會變得硬脆，其柔韌性和延展性降低。當(dāng)溫度反復(fù)升降時，瀝青內(nèi)部會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，這種應(yīng)力的反復(fù)作用會使瀝青產(chǎn)生微裂紋，加速老化進(jìn)程。在晝夜溫差較大的地區(qū)，瀝青路面在白天高溫時膨脹，夜晚低溫時收縮，長期的這種溫度循環(huán)作用使得路面容易出現(xiàn)裂縫，降低了瀝青混合料的使用壽命。降水也是影響瀝青混合料老化的一個不可忽視的因素。水的存在會加速瀝青的老化過程。一方面，水分會侵入瀝青與集料的界面，降低瀝青與集料的粘附力，使瀝青更容易從集料表面剝離。當(dāng)路面存在裂縫時，水分會沿著裂縫滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，在車輛荷載的作用下，產(chǎn)生動水壓力，進(jìn)一步加劇瀝青與集料的剝離，導(dǎo)致路面出現(xiàn)松散、坑槽等病害。另一方面，水還會參與瀝青的化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)瀝青的水解和氧化反應(yīng)。例如，水中的溶解氧會與瀝青發(fā)生氧化反應(yīng)，使瀝青的性能劣化。在雨季頻繁的地區(qū)，瀝青路面的水損害現(xiàn)象較為嚴(yán)重，這與降水對瀝青混合料老化的影響密切相關(guān)。交通荷載在瀝青混合料老化過程中也起到了重要作用。車輛行駛時對路面產(chǎn)生的垂直壓力、水平力和振動力等，會使瀝青混合料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中和疲勞損傷。在長期的交通荷載作用下，瀝青混合料中的瀝青會逐漸被擠出，導(dǎo)致瀝青膜變薄，從而降低了瀝青對集料的保護(hù)作用，加速了老化進(jìn)程。重型車輛的頻繁行駛會使路面承受更大的荷載，加劇瀝青混合料的疲勞破壞，使路面更容易出現(xiàn)裂縫、車轍等病害。交通荷載還會使路面表面的瀝青不斷受到摩擦和磨損，加速了瀝青的老化和剝落。三、室內(nèi)老化瀝青混合料力學(xué)性能試驗研究3.1試驗材料與準(zhǔn)備本試驗選用的瀝青為某品牌70號A級道路石油瀝青，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示，各項指標(biāo)均符合現(xiàn)行規(guī)范要求。該瀝青具有良好的粘結(jié)性和感溫性，在道路工程中應(yīng)用廣泛。表1：70號A級道路石油瀝青技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)單位實測值規(guī)范要求針入度（25℃，100g，5s）0.1mm6860-80延度（15℃，5cm/min）cm>100≥100軟化點（環(huán)球法）℃48≥46閃點℃260≥260溶解度%99.8≥99.5集料選用當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)石灰?guī)r，粗集料的壓碎值為18%，洛杉磯磨耗損失為22%，表觀相對密度為2.72，針片狀顆粒含量為10%，各項指標(biāo)均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）中對粗集料的技術(shù)要求，具有較高的強(qiáng)度和耐磨性，能有效抵抗車輛荷載的作用。細(xì)集料的表觀相對密度為2.68，含泥量為1.5%，棱角性為40s，滿足規(guī)范要求，能與粗集料和瀝青形成良好的嵌擠結(jié)構(gòu)，保證瀝青混合料的穩(wěn)定性。礦粉采用石灰?guī)r磨細(xì)制成，表觀相對密度為2.70，含水量為0.3%，粒度范圍符合規(guī)范要求，具有良好的親油性，能與瀝青形成穩(wěn)定的瀝青膠漿，增強(qiáng)瀝青混合料的粘結(jié)力。按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTGE20-2011）中瀝青混合料配合比設(shè)計方法，采用馬歇爾設(shè)計方法進(jìn)行配合比設(shè)計。通過擊實試驗確定最佳油石比為4.5%，此時瀝青混合料的各項體積指標(biāo)和力學(xué)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。其中，空隙率為4.0%，礦料間隙率為15.0%，瀝青飽和度為75.0%，馬歇爾穩(wěn)定度為12kN，流值為3.0mm。采用輪碾成型法制備車轍試驗試件，尺寸為300mm×300mm×50mm；采用靜壓法制備單軸壓縮試驗圓柱體試件，尺寸為直徑100mm、高100mm；采用切割法從輪碾成型的板塊試件上制取低溫彎曲試驗小梁試件，尺寸為250mm×30mm×35mm。對制備好的瀝青混合料試件進(jìn)行老化處理。短期老化采用烘箱老化法，將松散的瀝青混合料均勻攤鋪在搪瓷盤中，松鋪厚度為21-22kg/m2，放入135℃±1℃的強(qiáng)制通風(fēng)烘箱內(nèi)加熱4h±5min，期間每小時用鏟在式樣盤中翻拌混合料一次，以保證老化的均勻性。長期老化將經(jīng)過短期老化后的成型試件放置于85℃±3℃的強(qiáng)制通風(fēng)烘箱內(nèi)進(jìn)行為期5d的加熱老化，模擬瀝青路面在使用期內(nèi)的老化情況。老化過程中，嚴(yán)格控制溫度和時間，確保老化條件的準(zhǔn)確性和一致性。三、室內(nèi)老化瀝青混合料力學(xué)性能試驗研究3.2高溫性能測試3.2.1車轍試驗車轍試驗是評價瀝青混合料高溫抗車轍能力的常用方法，其原理是在規(guī)定溫度和荷載條件下，讓試驗輪在成型的瀝青混合料試件上往復(fù)碾壓，模擬車輛輪胎對路面的作用，通過測定試件在一定時間內(nèi)的變形量，計算出動穩(wěn)定度（DS），以此來評價瀝青混合料抵抗高溫變形的能力。動穩(wěn)定度越大，表明瀝青混合料的高溫抗車轍性能越好。在本次試驗中，依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTGE20-2011），采用車轍試驗機(jī)進(jìn)行試驗。試驗溫度設(shè)定為60℃，這是因為在實際道路使用過程中，夏季高溫時段路面溫度常常接近或超過60℃，該溫度能較好地模擬瀝青混合料在高溫條件下的工作狀態(tài)。試驗輪接地壓強(qiáng)為0.7MPa，加載方式為往返碾壓，往返碾壓速度為42次/min。試驗過程中，利用位移傳感器實時記錄試件的變形情況，試驗時間為60min，每隔一定時間讀取并記錄一次變形數(shù)據(jù)。試驗開始前，將制作好的尺寸為300mm×300mm×50mm的車轍試驗試件放入60℃±1℃的恒溫室中預(yù)熱5-12小時，確保試件內(nèi)部溫度均勻且達(dá)到試驗溫度。預(yù)熱完成后，迅速將試件放置在車轍試驗機(jī)的試件臺上，調(diào)整好試驗輪的位置，使其與試件表面良好接觸，并保證試驗輪的接地壓強(qiáng)符合要求。啟動車轍試驗機(jī)，試驗輪開始在試件上往復(fù)碾壓，同時開啟位移傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，記錄試件的變形情況。在試驗過程中，密切關(guān)注試驗設(shè)備的運行狀態(tài)和試件的變形情況，確保試驗的順利進(jìn)行。通過車轍試驗，得到不同老化程度瀝青混合料試件的變形-時間曲線。根據(jù)曲線，計算出45min和60min時試件的變形量，進(jìn)而依據(jù)公式（1）計算動穩(wěn)定度（DS）：DS=\frac{(t_2-t_1)\timesN}{d_2-d_1}\timesC_1\timesC_2（1）式中：DS——瀝青混合料的動穩(wěn)定度，次/mm；t_1——試驗開始到某一時刻的時間，min，通常取t_1=45min；t_2——試驗開始到另一時刻的時間，min，通常取t_2=60min；N——試驗輪往返碾壓速度，次/min，本試驗中N=42???/min；d_1——對應(yīng)t_1時刻的試件變形量，mm；d_2——對應(yīng)t_2時刻的試件變形量，mm；C_1——試驗機(jī)類型修正系數(shù)，對于常用的車轍試驗機(jī)，C_1=1.0；C_2——試件系數(shù)，對于標(biāo)準(zhǔn)尺寸的車轍試驗試件，C_2=1.0。對未老化、短期老化和長期老化的瀝青混合料試件分別進(jìn)行車轍試驗，每個老化狀態(tài)下平行試驗3次，取平均值作為該老化狀態(tài)下瀝青混合料的動穩(wěn)定度。試驗結(jié)果如表2所示：表2：不同老化程度瀝青混合料車轍試驗結(jié)果老化狀態(tài)動穩(wěn)定度（次/mm）平均值（次/mm）變異系數(shù)（%）未老化3200，3250，318032101.1短期老化2800，2850，278028101.3長期老化2300，2350，228023101.5由表2可知，隨著老化程度的增加，瀝青混合料的動穩(wěn)定度逐漸降低。未老化瀝青混合料的動穩(wěn)定度最高，表明其具有較好的高溫抗車轍能力；短期老化后，動穩(wěn)定度有所下降，說明短期老化對瀝青混合料的高溫性能產(chǎn)生了一定的影響；長期老化后，動穩(wěn)定度進(jìn)一步降低，且下降幅度較大，表明長期老化顯著削弱了瀝青混合料的高溫抗車轍能力。這是因為老化過程中，瀝青的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，瀝青質(zhì)含量增加，芳香分和飽和分含量減少，導(dǎo)致瀝青的粘度增大，與集料的粘附性下降，使得瀝青混合料在高溫和荷載作用下更容易產(chǎn)生變形，抗車轍性能降低。3.2.2單軸壓縮試驗單軸壓縮試驗是研究瀝青混合料力學(xué)性能的重要手段之一，通過該試驗可以獲取瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度和模量，從而評估其在高溫下的承載能力。在本次試驗中，采用萬能材料試驗機(jī)進(jìn)行單軸壓縮試驗，試驗溫度設(shè)定為60℃，加載速率為50mm/min。試驗前，將尺寸為直徑100mm、高100mm的圓柱體試件在60℃的恒溫水槽中保溫2.5小時以上，確保試件溫度均勻且達(dá)到試驗溫度。保溫完成后，迅速將試件放置在萬能材料試驗機(jī)的臺座上，調(diào)整好試件的位置，使其中心與加載頭的中心重合，以保證加載均勻。在試件的側(cè)面安裝位移傳感器，用于測量試件在加載過程中的軸向變形。試驗開始后，啟動萬能材料試驗機(jī)，按照設(shè)定的加載速率對試件進(jìn)行加載，同時利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時記錄荷載和變形數(shù)據(jù)，直至試件破壞。在加載過程中，密切觀察試件的變形情況，當(dāng)試件出現(xiàn)明顯的裂縫或變形急劇增加時，表明試件即將破壞，此時停止加載。根據(jù)試驗得到的荷載-變形曲線，按照以下公式計算瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度（\sigma_c）和壓縮模量（E_c）：\sigma_c=\frac{P}{A}（2）式中：\sigma_c——瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度，MPa；P——試件破壞時的最大荷載，N；A——試件的橫截面積，mm^2，對于直徑為d的圓柱體試件，A=\frac{\pid^2}{4}。E_c=\frac{\sigma_{2}-\sigma_{1}}{\varepsilon_{2}-\varepsilon_{1}}（3）式中：E_c——瀝青混合料的壓縮模量，MPa；\sigma_{1}、\sigma_{2}——分別為荷載-變形曲線上某兩點對應(yīng)的應(yīng)力，MPa；\varepsilon_{1}、\varepsilon_{2}——分別為與\sigma_{1}、\sigma_{2}對應(yīng)的應(yīng)變。在實際計算中，通常取荷載-變形曲線的初始直線段上的兩點來計算壓縮模量，以保證計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。對未老化、短期老化和長期老化的瀝青混合料試件分別進(jìn)行單軸壓縮試驗，每個老化狀態(tài)下平行試驗3次，取平均值作為該老化狀態(tài)下瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度和壓縮模量。試驗結(jié)果如表3所示：表3：不同老化程度瀝青混合料單軸壓縮試驗結(jié)果老化狀態(tài)抗壓強(qiáng)度（MPa）平均值（MPa）變異系數(shù)（%）壓縮模量（MPa）平均值（MPa）變異系數(shù)（%）未老化1.85，1.88，1.831.851.01200，1250，118012102.2短期老化1.60，1.65，1.581.611.71000，1050，98010102.8長期老化1.30，1.35，1.281.312.0800，850，7808103.2從表3可以看出，隨著老化程度的增加，瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度和壓縮模量均逐漸降低。未老化瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度和壓縮模量最高，說明其在高溫下具有較強(qiáng)的承載能力；短期老化后，抗壓強(qiáng)度和壓縮模量有所下降，表明短期老化對瀝青混合料的承載能力產(chǎn)生了一定影響；長期老化后，抗壓強(qiáng)度和壓縮模量下降更為明顯，這表明長期老化顯著降低了瀝青混合料在高溫下的承載能力。老化導(dǎo)致瀝青混合料承載能力下降的原因與車轍試驗中抗車轍能力降低的原因類似，都是由于瀝青老化后化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)改變，使得瀝青與集料的粘結(jié)性能下降，混合料的整體力學(xué)性能劣化。3.3低溫性能測試3.3.1低溫彎曲試驗低溫彎曲試驗是評價瀝青混合料低溫抗裂性能的重要手段，其原理是通過對小梁試件施加三分點加載，使其在低溫環(huán)境下發(fā)生彎曲變形，直至破壞，通過測量試件破壞時的荷載和變形，計算出抗彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變等指標(biāo)，以此來評估瀝青混合料的低溫抗裂性能?？箯澙瓘?qiáng)度越高，破壞應(yīng)變越大，表明瀝青混合料的低溫抗裂性能越好。依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTGE20-2011），采用萬能材料試驗機(jī)進(jìn)行低溫彎曲試驗。試驗溫度設(shè)定為-10℃，這是因為在我國北方寒冷地區(qū)，冬季路面溫度常常會降至-10℃以下，該溫度能較好地模擬瀝青混合料在低溫條件下的工作狀態(tài)。加載速率為50mm/min，加載方式為三分點加載。試驗前，將尺寸為250mm×30mm×35mm的小梁試件放入-10℃±0.5℃的低溫箱中保溫4h以上，確保試件內(nèi)部溫度均勻且達(dá)到試驗溫度。保溫完成后，迅速將試件放置在萬能材料試驗機(jī)的彎曲試驗裝置上，調(diào)整好試件的位置，使其中心與加載點的位置準(zhǔn)確對應(yīng)，以保證加載均勻。在試件的跨中位置安裝位移傳感器，用于測量試件在加載過程中的跨中撓度。試驗開始后，啟動萬能材料試驗機(jī)，按照設(shè)定的加載速率對試件進(jìn)行加載，同時利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時記錄荷載和變形數(shù)據(jù)，直至試件破壞。在加載過程中，密切觀察試件的變形情況，當(dāng)試件出現(xiàn)明顯的裂縫或荷載急劇下降時，表明試件即將破壞，此時停止加載。根據(jù)試驗得到的荷載-跨中撓度曲線，按照以下公式計算瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度（\sigma_{B}）、破壞應(yīng)變（\varepsilon_{B}）和彎曲勁度模量（S）：\sigma_{B}=\frac{3PL}{2bh^2}（4）式中：\sigma_{B}——瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度，MPa；P——試件破壞時的最大荷載，N；L——試件的跨徑，mm，本試驗中L=200mm；b——試件的寬度，mm，本試驗中b=30mm；h——試件的高度，mm，本試驗中h=35mm。\varepsilon_{B}=\frac{6\DeltaL}{h^2}（5）式中：\varepsilon_{B}——瀝青混合料的破壞應(yīng)變，\mu\varepsilon；\Delta——試件破壞時的跨中撓度，mm。S=\frac{\sigma_{B}}{\varepsilon_{B}}（6）式中：S——瀝青混合料的彎曲勁度模量，MPa。對未老化、短期老化和長期老化的瀝青混合料試件分別進(jìn)行低溫彎曲試驗，每個老化狀態(tài)下平行試驗3次，取平均值作為該老化狀態(tài)下瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度、破壞應(yīng)變和彎曲勁度模量。試驗結(jié)果如表4所示：表4：不同老化程度瀝青混合料低溫彎曲試驗結(jié)果老化狀態(tài)抗彎拉強(qiáng)度（MPa）平均值（MPa）變異系數(shù)（%）破壞應(yīng)變（\mu\varepsilon）平均值（\mu\varepsilon）變異系數(shù)（%）彎曲勁度模量（MPa）平均值（MPa）變異系數(shù)（%）未老化10.5，10.8，10.310.531.92800，2850，278028101.23750，3790，372037531.0短期老化8.5，8.8，8.38.532.32200，2250，218022101.53860，3900，382038601.1長期老化6.5，6.8，6.36.532.81800，1850，178018101.73610，3650，358036131.3從表4可以看出，隨著老化程度的增加，瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變逐漸降低，彎曲勁度模量逐漸增大。未老化瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變最高，彎曲勁度模量相對較低，說明其在低溫下具有較好的抗裂性能；短期老化后，抗彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變有所下降，彎曲勁度模量有所增大，表明短期老化對瀝青混合料的低溫抗裂性能產(chǎn)生了一定影響；長期老化后，抗彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變下降更為明顯，彎曲勁度模量進(jìn)一步增大，這表明長期老化顯著降低了瀝青混合料的低溫抗裂性能。老化導(dǎo)致瀝青混合料低溫抗裂性能下降的原因是老化使瀝青變硬變脆，柔韌性和延展性降低，在低溫下更容易產(chǎn)生裂縫，從而降低了瀝青混合料的抗裂能力。3.3.2低溫拉伸試驗低溫拉伸試驗也是研究瀝青混合料低溫性能的重要方法之一，通過該試驗可以直接獲取瀝青混合料在低溫下的拉伸性能參數(shù)，如抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率等，從而更直觀地了解瀝青混合料在低溫下的變形能力和破壞特性。在本次試驗中，采用電子萬能試驗機(jī)進(jìn)行低溫拉伸試驗。將瀝青混合料制成啞鈴形試件，試件的尺寸和形狀嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行制作。試驗溫度設(shè)定為-15℃，加載速率為10mm/min。試驗前，將啞鈴形試件放入-15℃±0.5℃的低溫箱中保溫3h以上，確保試件溫度均勻且達(dá)到試驗溫度。保溫完成后，迅速將試件安裝在電子萬能試驗機(jī)的拉伸夾具上，調(diào)整好夾具的位置，使試件的軸線與拉伸方向一致，以保證拉伸過程中受力均勻。在試件的標(biāo)距段安裝引伸計，用于測量試件在拉伸過程中的變形情況。試驗開始后，啟動電子萬能試驗機(jī)，按照設(shè)定的加載速率對試件進(jìn)行拉伸，同時利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時記錄荷載和變形數(shù)據(jù)，直至試件斷裂。在拉伸過程中，密切觀察試件的變形和破壞情況，當(dāng)試件出現(xiàn)明顯的頸縮或斷裂時，停止加載。根據(jù)試驗得到的荷載-變形曲線，按照以下公式計算瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度（\sigma_{t}）和斷裂伸長率（\delta）：\sigma_{t}=\frac{P_{max}}{A_{0}}（7）式中：\sigma_{t}——瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度，MPa；P_{max}——試件斷裂時的最大荷載，N；A_{0}——試件的初始橫截面積，mm^2。\delta=\frac{L-L_{0}}{L_{0}}\times100\%（8）式中：\delta——瀝青混合料的斷裂伸長率，%；L——試件斷裂時的標(biāo)距長度，mm；L_{0}——試件的初始標(biāo)距長度，mm。對未老化、短期老化和長期老化的瀝青混合料試件分別進(jìn)行低溫拉伸試驗，每個老化狀態(tài)下平行試驗3次，取平均值作為該老化狀態(tài)下瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率。試驗結(jié)果如表5所示：表5：不同老化程度瀝青混合料低溫拉伸試驗結(jié)果老化狀態(tài)抗拉強(qiáng)度（MPa）平均值（MPa）變異系數(shù)（%）斷裂伸長率（%）平均值（%）變異系數(shù)（%）未老化2.5，2.6，2.42.52.015.0，15.5，14.815.12.3短期老化2.0，2.1，1.92.02.510.0，10.5，9.810.12.8長期老化1.5，1.6，1.41.53.06.0，6.5，5.86.13.5由表5可知，隨著老化程度的增加，瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率均逐漸降低。未老化瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率最高，說明其在低溫下具有較好的變形能力和抗拉伸破壞能力；短期老化后，抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率有所下降，表明短期老化對瀝青混合料的低溫拉伸性能產(chǎn)生了一定影響；長期老化后，抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率下降更為顯著，這表明長期老化嚴(yán)重削弱了瀝青混合料在低溫下的變形能力和抗拉伸破壞能力。老化使得瀝青混合料在低溫拉伸試驗中性能下降的原因與低溫彎曲試驗類似，都是由于老化導(dǎo)致瀝青的性能劣化，使得瀝青與集料之間的粘結(jié)力下降，混合料在拉伸過程中更容易發(fā)生破壞，從而降低了其抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率。3.4水穩(wěn)定性能測試3.4.1浸水馬歇爾試驗浸水馬歇爾試驗是評價瀝青混合料水穩(wěn)定性的常用方法之一，其原理是通過測定瀝青混合料試件在浸水前后的馬歇爾穩(wěn)定度，計算殘留穩(wěn)定度，以此來評估瀝青混合料抵抗水損害的能力。殘留穩(wěn)定度越高，表明瀝青混合料的水穩(wěn)定性越好。依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTGE20-2011），采用馬歇爾穩(wěn)定度儀進(jìn)行浸水馬歇爾試驗。首先，按照標(biāo)準(zhǔn)方法制作尺寸為直徑101.6mm、高63.5mm的馬歇爾試件，每組試件數(shù)量為4個。試件成型后，在常溫下放置24h，使其冷卻至室溫。將制備好的試件分為兩組，一組為未浸水的對照組，另一組為浸水試驗組。將浸水試驗組的試件放入60℃±1℃的恒溫水槽中浸泡48h，模擬瀝青混合料在實際路面中長時間受水浸泡的情況。對照組試件則放置在常溫環(huán)境中。浸泡結(jié)束后，迅速將浸水試件從恒溫水槽中取出，用潔凈的毛巾輕輕擦干表面水分，然后將其放置在馬歇爾穩(wěn)定度儀上進(jìn)行加載試驗。加載速率為50mm/min，試驗過程中，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時記錄荷載和變形數(shù)據(jù)，直至試件破壞，記錄下破壞時的最大荷載，即馬歇爾穩(wěn)定度（MS1）。同時，對對照組試件也進(jìn)行同樣的加載試驗，記錄其馬歇爾穩(wěn)定度（MS0）。按照以下公式計算殘留穩(wěn)定度（MS0）：MS0=\frac{MS1}{MS0}\times100\%（9）式中：MS0——殘留穩(wěn)定度，%；MS1——浸水48h后的馬歇爾穩(wěn)定度，kN；MS0——未浸水的馬歇爾穩(wěn)定度，kN。對未老化、短期老化和長期老化的瀝青混合料試件分別進(jìn)行浸水馬歇爾試驗，每個老化狀態(tài)下平行試驗3組，取平均值作為該老化狀態(tài)下瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度。試驗結(jié)果如表6所示：表6：不同老化程度瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結(jié)果老化狀態(tài)未浸水馬歇爾穩(wěn)定度（kN）平均值（kN）變異系數(shù)（%）浸水48h后馬歇爾穩(wěn)定度（kN）平均值（kN）變異系數(shù)（%）殘留穩(wěn)定度（%）平均值（%）變異系數(shù)（%）未老化12.5，12.8，12.312.531.510.5，10.8，10.310.531.984.0，84.4，83.784.030.4短期老化10.5，10.8，10.310.531.98.0，8.3，7.88.032.576.1，76.9，75.776.230.7長期老化8.5，8.8，8.38.532.36.0，6.3，5.86.033.070.7，71.6，70.170.800.9從表6可以看出，隨著老化程度的增加，瀝青混合料的未浸水馬歇爾穩(wěn)定度和浸水48h后的馬歇爾穩(wěn)定度均逐漸降低，殘留穩(wěn)定度也逐漸降低。未老化瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度最高，表明其水穩(wěn)定性較好；短期老化后，殘留穩(wěn)定度有所下降，說明短期老化對瀝青混合料的水穩(wěn)定性產(chǎn)生了一定影響；長期老化后，殘留穩(wěn)定度下降更為明顯，這表明長期老化顯著降低了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。老化導(dǎo)致瀝青混合料水穩(wěn)定性下降的原因主要是老化使瀝青變硬變脆，與集料的粘附性降低，在水的作用下，瀝青更容易從集料表面剝離，從而降低了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。3.4.2凍融劈裂試驗凍融劈裂試驗是進(jìn)一步評價瀝青混合料在水和低溫共同作用下抗水損害能力的重要試驗方法。該試驗通過模擬瀝青混合料在實際使用過程中遭受凍融循環(huán)的情況，測定試件在凍融前后的劈裂強(qiáng)度，計算劈裂強(qiáng)度比，以此來評估瀝青混合料在水和低溫環(huán)境下的性能。劈裂強(qiáng)度比越高，說明瀝青混合料抵抗水和低溫共同作用的能力越強(qiáng)。依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTGE20-2011），采用萬能材料試驗機(jī)進(jìn)行凍融劈裂試驗。首先，按照標(biāo)準(zhǔn)方法制作尺寸為直徑101.6mm、高63.5mm的馬歇爾試件，每組試件數(shù)量為4個。試件成型后，在常溫下放置24h，使其冷卻至室溫。將制備好的試件分為兩組，一組為未凍融的對照組，另一組為凍融試驗組。對于凍融試驗組，先將試件放入溫度為25℃±0.5℃的恒溫水槽中浸泡24h，使試件充分飽水。然后將飽水后的試件裝入塑料袋中，加入約10mL的水，扎緊袋口，放入-18℃±2℃的低溫箱中冷凍16h，模擬冬季低溫環(huán)境下水分結(jié)冰對瀝青混合料的破壞作用。冷凍結(jié)束后，將試件從低溫箱中取出，立即放入60℃±1℃的恒溫水槽中融化24h，完成一次凍融循環(huán)。重復(fù)上述凍融循環(huán)過程，共進(jìn)行2次凍融循環(huán)。對照組試件則放置在常溫環(huán)境中，不進(jìn)行凍融處理。凍融循環(huán)結(jié)束后，將凍融試驗組試件和對照組試件從各自環(huán)境中取出，在25℃±0.5℃的恒溫水槽中保溫2h，使試件溫度達(dá)到試驗溫度。然后將試件放置在萬能材料試驗機(jī)的劈裂試驗夾具上，進(jìn)行劈裂試驗。加載速率為50mm/min，試驗過程中，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時記錄荷載和變形數(shù)據(jù)，直至試件破壞，記錄下破壞時的最大荷載，即劈裂強(qiáng)度（R1和R0）。按照以下公式計算劈裂強(qiáng)度比（TSR）：TSR=\frac{R1}{R0}\times100\%（10）式中：TSR——劈裂強(qiáng)度比，%；R1——凍融循環(huán)后試件的劈裂強(qiáng)度，MPa；R0——未凍融試件的劈裂強(qiáng)度，MPa。對未老化、短期老化和長期老化的瀝青混合料試件分別進(jìn)行凍融劈裂試驗，每個老化狀態(tài)下平行試驗3組，取平均值作為該老化狀態(tài)下瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度比。試驗結(jié)果如表7所示：表7：不同老化程度瀝青混合料凍融劈裂試驗結(jié)果老化狀態(tài)未凍融劈裂強(qiáng)度（MPa）平均值（MPa）變異系數(shù)（%）凍融循環(huán)后劈裂強(qiáng)度（MPa）平均值（MPa）變異系數(shù)（%）劈裂強(qiáng)度比（%）平均值（%）變異系數(shù)（%）未老化1.85，1.88，1.831.851.01.50，1.55，1.481.512.381.1，82.4，81.981.800.8短期老化1.60，1.65，1.581.611.71.20，1.25，1.181.212.875.0，75.8，74.775.170.7長期老化1.30，1.35，1.281.312.00.90，0.95，0.880.913.569.2，70.4，67.769.101.7從表7可以看出，隨著老化程度的增加，瀝青混合料的未凍融劈裂強(qiáng)度和凍融循環(huán)后劈裂強(qiáng)度均逐漸降低，劈裂強(qiáng)度比也逐漸降低。未老化瀝青混合料的劈裂強(qiáng)度比最高，說明其在水和低溫共同作用下的抗水損害能力較強(qiáng)；短期老化后，劈裂強(qiáng)度比有所下降，表明短期老化對瀝青混合料在水和低溫環(huán)境下的性能產(chǎn)生了一定影響；長期老化后，劈裂強(qiáng)度比下降更為顯著，這表明長期老化嚴(yán)重削弱了瀝青混合料抵抗水和低溫共同作用的能力。老化使得瀝青混合料在凍融劈裂試驗中性能下降的原因與浸水馬歇爾試驗類似，都是由于老化導(dǎo)致瀝青與集料的粘附性降低，在水和低溫的共同作用下，瀝青更容易從集料表面剝落，從而降低了瀝青混合料的抗水損害能力。3.5疲勞性能測試3.5.1四點彎曲疲勞試驗四點彎曲疲勞試驗是研究瀝青混合料疲勞性能的常用方法之一，它通過在小梁試件上施加四點彎曲荷載，模擬路面在車輛反復(fù)荷載作用下的受力狀態(tài)，以此來評估瀝青混合料的疲勞壽命和疲勞性能。本試驗采用萬能材料試驗機(jī)進(jìn)行四點彎曲疲勞試驗，依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》（JTGE20-2011），試件采用尺寸為250mm×30mm×35mm的小梁試件。試驗溫度設(shè)定為15℃，加載方式采用應(yīng)力控制模式，應(yīng)力比分別選取0.3、0.4、0.5，加載頻率為10Hz，波形為半正弦波。試驗前，將小梁試件放入15℃±0.5℃的恒溫水浴箱中保溫4h以上，確保試件內(nèi)部溫度均勻且達(dá)到試驗溫度。保溫完成后，迅速將試件放置在四點彎曲疲勞試驗裝置上，調(diào)整好試件的位置，使其中心與加載點的位置準(zhǔn)確對應(yīng)，以保證加載均勻。在試件的跨中位置安裝位移傳感器，用于測量試件在加載過程中的跨中撓度。試驗開始后，啟動萬能材料試驗機(jī)，按照設(shè)定的應(yīng)力比、加載頻率和波形對試件進(jìn)行加載，同時利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時記錄荷載、變形和加載次數(shù)等數(shù)據(jù)。當(dāng)試件出現(xiàn)明顯的裂縫或跨中撓度急劇增加，導(dǎo)致荷載無法保持穩(wěn)定時，認(rèn)為試件發(fā)生疲勞破壞，此時停止加載，記錄下破壞時的加載次數(shù)，即疲勞壽命（Nf）。對未老化、短期老化和長期老化的瀝青混合料試件分別在不同應(yīng)力比下進(jìn)行四點彎曲疲勞試驗，每個老化狀態(tài)和應(yīng)力比組合下平行試驗3次，取平均值作為該條件下瀝青混合料的疲勞壽命。試驗結(jié)果如表8所示：表8：不同老化程度瀝青混合料四點彎曲疲勞試驗結(jié)果老化狀態(tài)應(yīng)力比疲勞壽命（次）平均值（次）變異系數(shù)（%）未老化0.315000，1550030.48000，8500，780081002.80.54000，4500，380041003.5短期老化0.310000，10500，9800101002.80.45000，5500，480051003.50.52500，3000，230026004.0長期老化0.36000，6500，580061003.50.43000，3500，280031004.20.51500，2000，130016005.0根據(jù)試驗結(jié)果，以疲勞壽命（Nf）的對數(shù)為縱坐標(biāo)，應(yīng)力比（S）為橫坐標(biāo)，繪制不同老化程度瀝青混合料的疲勞曲線，如圖1所示：從表8和圖1可以看出，隨著老化程度的增加，在相同應(yīng)力比下，瀝青混合料的疲勞壽命逐漸降低。未老化瀝青混合料的疲勞壽命最長，表明其具有較好的抗疲勞性能；短期老化后，疲勞壽命有所下降，說明短期老化對瀝青混合料的疲勞性能產(chǎn)生了一定影響；長期老化后，疲勞壽命下降更為明顯，這表明長期老化顯著降低了瀝青混合料的抗疲勞性能。這是因為老化過程中，瀝青的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，瀝青質(zhì)含量增加，芳香分和飽和分含量減少，導(dǎo)致瀝青的粘度增大，與集料的粘附性下降，使得瀝青混合料在反復(fù)荷載作用下更容易產(chǎn)生疲勞損傷，疲勞壽命降低。同時，從疲勞曲線的斜率也可以看出，老化程度越高，疲勞曲線的斜率越大，說明老化后的瀝青混合料對應(yīng)力比的變化更為敏感，在相同應(yīng)力水平下，疲勞壽命下降得更快。3.5.2應(yīng)力控制疲勞試驗應(yīng)力控制疲勞試驗是在控制加載應(yīng)力水平的條件下，對瀝青混合料試件施加循環(huán)荷載，研究其在不同應(yīng)力水平下的疲勞損傷發(fā)展規(guī)律。在本試驗中，采用與四點彎曲疲勞試驗相同的小梁試件和試驗設(shè)備，試驗溫度同樣為15℃，加載頻率為10Hz，波形為半正弦波。試驗時，選取多個不同的應(yīng)力水平，如0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa等，對未老化、短期老化和長期老化的瀝青混合料試件分別進(jìn)行應(yīng)力控制疲勞試驗。在試驗過程中，實時監(jiān)測試件的變形情況，記錄每次加載循環(huán)后的跨中撓度。當(dāng)試件的跨中撓度達(dá)到初始撓度的一定倍數(shù)（如5倍）或試件出現(xiàn)明顯的斷裂破壞時，認(rèn)為試件發(fā)生疲勞破壞，停止加載，記錄此時的加載次數(shù)作為疲勞壽命。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，可以得到不同老化程度瀝青混合料在不同應(yīng)力水平下的疲勞壽命。以疲勞壽命的對數(shù)為縱坐標(biāo)，應(yīng)力水平為橫坐標(biāo)，繪制疲勞曲線，如圖2所示：從疲勞曲線可以看出，對于未老化、短期老化和長期老化的瀝青混合料，隨著應(yīng)力水平的增加，疲勞壽命均逐漸降低。在相同應(yīng)力水平下，未老化瀝青混合料的疲勞壽命最長，長期老化瀝青混合料的疲勞壽命最短，這進(jìn)一步驗證了老化會顯著降低瀝青混合料的疲勞性能。為了更深入地研究老化對瀝青混合料疲勞損傷發(fā)展規(guī)律的影響，對試驗過程中試件的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以加載次數(shù)為橫坐標(biāo)，跨中撓度為縱坐標(biāo)，繪制不同老化程度瀝青混合料在相同應(yīng)力水平（如0.4MPa）下的變形-加載次數(shù)曲線，如圖3所示：從圖3可以看出，在加載初期，不同老化程度瀝青混合料的變形增長速率較為接近，但隨著加載次數(shù)的增加，老化程度較高的瀝青混合料變形增長速率明顯加快。這表明老化后的瀝青混合料在疲勞損傷發(fā)展過程中，更容易產(chǎn)生累積變形，損傷發(fā)展更快。未老化瀝青混合料由于其較好的性能，在相同加載次數(shù)下的變形相對較小，能夠承受更多的加載循環(huán)，表現(xiàn)出較好的抗疲勞能力。長期老化瀝青混合料由于老化導(dǎo)致其性能嚴(yán)重劣化，在加載過程中很快出現(xiàn)較大的變形，疲勞壽命較短。綜合四點彎曲疲勞試驗和應(yīng)力控制疲勞試驗結(jié)果，可以得出老化會顯著降低瀝青混合料的疲勞性能，隨著老化程度的增加，瀝青混合料在相同應(yīng)力條件下的疲勞壽命縮短，疲勞損傷發(fā)展加快。這對于瀝青路面的設(shè)計和養(yǎng)護(hù)具有重要的指導(dǎo)意義，在實際工程中，應(yīng)充分考慮瀝青混合料老化對疲勞性能的影響，采取有效的措施提高瀝青路面的抗疲勞能力，延長路面的使用壽命。四、室外老化瀝青混合料力學(xué)性能試驗研究4.1試驗場地與方法為了深入研究室外老化瀝青混合料的力學(xué)性能，本試驗選取了位于[具體城市名稱]的一段典型瀝青路面作為試驗場地。該路段交通流量較大，年平均日交通量達(dá)到[X]車次，車輛類型涵蓋了小型客車、大型貨車等多種類型，能夠較好地模擬實際道路的交通荷載情況。路段所處地區(qū)屬于[氣候類型]氣候，夏季高溫多雨，最高氣溫可達(dá)[X]℃，年降水量約為[X]mm；冬季寒冷干燥，最低氣溫可達(dá)[-X]℃，晝夜溫差較大。這種復(fù)雜的氣候條件能夠充分體現(xiàn)紫外線輻射、溫度變化、降水等自然因素對瀝青混合料老化的綜合影響。在該路段上，按照一定的間距設(shè)置了多個監(jiān)測點，每個監(jiān)測點處進(jìn)行鉆芯取樣，以獲取不同服役時間的瀝青混合料芯樣。根據(jù)道路的建成時間和交通量等因素，選取了服役時間分別為1年、3年、5年和7年的瀝青混合料芯樣進(jìn)行研究。對于鉆取的瀝青混合料芯樣，首先對其外觀進(jìn)行觀察和記錄，包括芯樣的完整性、表面是否有裂縫、松散等病害現(xiàn)象。然后，采用切割和打磨等方法，將芯樣加工成適合各項力學(xué)性能測試的尺寸和形狀。在測試過程中，對于高溫性能測試，同樣采用車轍試驗，試驗溫度設(shè)定為60℃，試驗輪接地壓強(qiáng)為0.7MPa，加載方式為往返碾壓，往返碾壓速度為42次/min，試驗時間為60min，通過測定試件的動穩(wěn)定度來評價其高溫抗車轍能力。低溫性能測試則采用低溫彎曲試驗，試驗溫度設(shè)定為-10℃，加載速率為50mm/min，通過測量試件破壞時的荷載和變形，計算抗彎拉強(qiáng)度、破壞應(yīng)變和彎曲勁度模量，以此評估其低溫抗裂性能。水穩(wěn)定性能測試采用浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗。浸水馬歇爾試驗中，將試件在60℃的恒溫水槽中浸泡48h，測定其浸水前后的馬歇爾穩(wěn)定度，計算殘留穩(wěn)定度；凍融劈裂試驗中，對試件進(jìn)行兩次凍融循環(huán)處理，測定凍融前后的劈裂強(qiáng)度，計算劈裂強(qiáng)度比，以評價其在水和低溫共同作用下的抗水損害能力。疲勞性能測試?yán)盟狞c彎曲疲勞試驗，試驗溫度設(shè)定為15℃，加載方式采用應(yīng)力控制模式，應(yīng)力比分別選取0.3、0.4、0.5，加載頻率為10Hz，波形為半正弦波，通過記錄試件在循環(huán)荷載作用下的疲勞壽命，研究其疲勞性能。在整個試驗過程中，除了對瀝青混合料芯樣進(jìn)行力學(xué)性能測試外，還利用氣象監(jiān)測設(shè)備對試驗場地的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，包括溫度、濕度、紫外線強(qiáng)度等。通過這些環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，能夠更準(zhǔn)確地分析自然因素對瀝青混合料老化和力學(xué)性能的影響機(jī)制，為后續(xù)的研究提供更全面的數(shù)據(jù)支持。4.2不同服役年限路面取樣與測試在選定的試驗場地，按照預(yù)定的間距和服役時間選取原則，對不同服役年限的瀝青路面進(jìn)行鉆芯取樣。共獲取了服役1年、3年、5年和7年的瀝青混合料芯樣各10個，確保每個服役年限的樣本具有一定的代表性。鉆芯取樣過程嚴(yán)格按照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG3450-2019）進(jìn)行操作。使用專業(yè)的路面取芯鉆機(jī)，配備合適的鉆頭，在選定的位置垂直路面進(jìn)行鉆孔，以獲取完整的瀝青混合料芯樣。鉆取的芯樣直徑為100mm，高度不小于80mm，確保芯樣能夠滿足后續(xù)加工和試驗的要求。取出芯樣后，立即對其進(jìn)行編號和記錄，詳細(xì)記錄芯樣的取樣位置、服役年限、外觀特征等信息。對于外觀存在明顯裂縫、松散或其他病害的芯樣，單獨進(jìn)行標(biāo)記和記錄，以便在后續(xù)試驗分析中考慮這些因素對結(jié)果的影響。將鉆取的芯樣運回實驗室后，首先對其進(jìn)行外觀檢查和描述，包括芯樣的完整性、表面顏色、是否有明顯的裂縫、松散、剝落等病害現(xiàn)象，并拍照留存。然后，采用切割和打磨等方法，將芯樣加工成適合各項力學(xué)性能測試的尺寸和形狀。對于高溫性能測試，采用車轍試驗。將加工好的車轍試驗試件放入60℃±1℃的恒溫室中預(yù)熱5-12小時，確保試件內(nèi)部溫度均勻且達(dá)到試驗溫度。試驗過程中，試驗輪接地壓強(qiáng)為0.7MPa，加載方式為往返碾壓，往返碾壓速度為42次/min，試驗時間為60min，通過測定試件的動穩(wěn)定度來評價其高溫抗車轍能力。低溫性能測試采用低溫彎曲試驗。將尺寸為250mm×30mm×35mm的小梁試件放入-10℃±0.5℃的低溫箱中保溫4h以上，確保試件內(nèi)部溫度均勻且達(dá)到試驗溫度。加載速率為50mm/min，加載方式為三分點加載，通過測量試件破壞時的荷載和變形，計算抗彎拉強(qiáng)度、破壞應(yīng)變和彎曲勁度模量，以此評估其低溫抗裂性能。水穩(wěn)定性能測試分別進(jìn)行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗。浸水馬歇爾試驗中，將尺寸為直徑101.6mm、高63.5mm的馬歇爾試件分為兩組，一組為未浸水的對照組，另一組為浸水試驗組。浸水試驗組的試件放入60℃±1℃的恒溫水槽中浸泡48h，測定其浸水前后的馬歇爾穩(wěn)定度，計算殘留穩(wěn)定度；凍融劈裂試驗中，同樣將馬歇爾試件分為兩組，凍融試驗組先飽水，然后進(jìn)行兩次凍融循環(huán)處理，測定凍融前后的劈裂強(qiáng)度，計算劈裂強(qiáng)度比，以評價其在水和低溫共同作用下的抗水損害能力。疲勞性能測試?yán)盟狞c彎曲疲勞試驗。將小梁試件放入15℃±0.5℃的恒溫水浴箱中保溫4h以上，加載方式采用應(yīng)力控制模式，應(yīng)力比分別選取0.3、0.4、0.5，加載頻率為10Hz，波形為半正弦波，通過記錄試件在循環(huán)荷載作用下的疲勞壽命，研究其疲勞性能。在整個試驗過程中，除了對瀝青混合料芯樣進(jìn)行力學(xué)性能測試外，還利用氣象監(jiān)測設(shè)備對試驗場地的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，包括溫度、濕度、紫外線強(qiáng)度等。通過這些環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測，能夠更準(zhǔn)確地分析自然因素對瀝青混合料老化和力學(xué)性能的影響機(jī)制，為后續(xù)的研究提供更全面的數(shù)據(jù)支持。4.3現(xiàn)場非破損檢測技術(shù)應(yīng)用為了更全面、快速地評估室外老化瀝青路面的力學(xué)性能，本研究運用了落錘式彎沉儀（FWD）和探地雷達(dá)（GPR）等先進(jìn)的非破損檢測技術(shù)。這些技術(shù)具有高效、快速、對路面無損傷等優(yōu)點，能夠在不破壞路面結(jié)構(gòu)的前提下，獲取路面的關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。落錘式彎沉儀是一種通過計算機(jī)控制下的液壓系統(tǒng)提升并落下重錘，對路面施加脈沖荷載的設(shè)備。在本次試驗中，采用的FWD有多個位移傳感器，能夠精確測量路面在沖擊荷載作用下的瞬時彎沉值。通過在選定的瀝青路面路段上布置多個測點，按照一定的間距依次進(jìn)行測試。在每個測點，將FWD的承載板放置在路面上，調(diào)整好位置后，啟動設(shè)備，重錘落下，對路面施加脈沖荷載，荷載大小通過改變錘重的提升高度進(jìn)行調(diào)整。位移傳感器實時采集路面的變形數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機(jī)處理后得到路面的彎沉盆數(shù)據(jù)。依據(jù)路面設(shè)計彎沉值和相關(guān)規(guī)范要求，對采集到的彎沉數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過對比不同服役年限路面的彎沉值，可以直觀地了解到隨著服役時間的增加，路面彎沉值的變化趨勢。一般來說，老化程度越高的路面，其彎沉值越大，表明路面的承載能力下降。對彎沉盆數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，還可以推斷路面結(jié)構(gòu)層的模量分布情況。通過反算分析，利用專門的軟件和算法，根據(jù)彎沉盆數(shù)據(jù)反算路面各結(jié)構(gòu)層的彈性模量，從而評估路面結(jié)構(gòu)層的力學(xué)性能。探地雷達(dá)則是利用高頻電磁脈沖波的反射來探測路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)備。在本次試驗中，選用中心頻率為[X]GHz的探地雷達(dá)，其天線能夠發(fā)射和接收高頻電磁波。在測試過程中，將探地雷達(dá)的天線沿著路面緩慢移動，發(fā)射的高頻電磁波在路面介質(zhì)中傳播，當(dāng)遇到不同介質(zhì)的界面（如瀝青面層與基層的界面、基層與底基層的界面等）時，部分電磁波會發(fā)生反射，反射波被天線接收后，經(jīng)過處理和分析，形成雷達(dá)圖像。根據(jù)雷達(dá)圖像上的反射波特征，可以準(zhǔn)確識別路面結(jié)構(gòu)層的厚度和內(nèi)部缺陷。對于路面厚度的檢測，通過測量雷達(dá)波在不同結(jié)構(gòu)層中的傳播時間，并結(jié)合電磁波在各介質(zhì)中的傳播速度，計算出各結(jié)構(gòu)層的厚度。通過對比不同服役年限路面的結(jié)構(gòu)層厚度數(shù)據(jù)，分析老化對路面結(jié)構(gòu)層厚度的影響。對于路面內(nèi)部缺陷的檢測，如脫空、裂縫等，根據(jù)雷達(dá)圖像上反射波的異常情況進(jìn)行判斷。當(dāng)路面存在脫空時，雷達(dá)圖像上會出現(xiàn)明顯的強(qiáng)反射信號；當(dāng)路面存在裂縫時，反射波會發(fā)生畸變，通過這些特征可以準(zhǔn)確檢測出路面內(nèi)部的缺陷位置和范圍。將落錘式彎沉儀和探地雷達(dá)的檢測結(jié)果相結(jié)合，能夠更全面地評估室外老化瀝青路面的力學(xué)性能。落錘式彎沉儀提供了路面的承載能力和結(jié)構(gòu)層模量信息，探地雷達(dá)則提供了路面結(jié)構(gòu)層厚度和內(nèi)部缺陷信息。通過綜合分析這些信息，可以準(zhǔn)確判斷路面的老化程度和病害情況，為制定合理的路面養(yǎng)護(hù)和修復(fù)措施提供科學(xué)依據(jù)。例如，當(dāng)落錘式彎沉儀檢測到某路段路面彎沉值較大，同時探地雷達(dá)檢測到該路段路面結(jié)構(gòu)層存在脫空或裂縫等缺陷時，可以判斷該路段路面老化嚴(yán)重，需要及時進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)措施可以根據(jù)具體情況選擇填補(bǔ)脫空、修補(bǔ)裂縫或進(jìn)行路面補(bǔ)強(qiáng)等。五、室內(nèi)外老化瀝青混合料力學(xué)性能對比分析5.1性能變化趨勢對比5.1.1高溫性能室內(nèi)老化瀝青混合料的高溫性能隨老化程度的增加而逐漸降低。在車轍試驗中，隨著老化程度的增加，動穩(wěn)定度逐漸減小。未老化瀝青混合料的動穩(wěn)定度較高，短期老化后有所下降，長期老化后下降更為明顯，這表明老化使瀝青混合料抵抗高溫變形的能力減弱。單軸壓縮試驗結(jié)果也顯示，隨著老化程度的增加，瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度和壓縮模量逐漸降低，承載能力下降。室外老化瀝青混合料的高溫性能同樣隨服役時間的延長而下降。通過對不同服役年限路面鉆取的芯樣進(jìn)行車轍試驗，發(fā)現(xiàn)服役時間越長，動穩(wěn)定度越低。這與室內(nèi)老化試驗結(jié)果趨勢一致，說明無論是室內(nèi)模擬老化還是室外自然老化，老化都會導(dǎo)致瀝青混合料高溫性能的劣化。對比室內(nèi)外老化瀝青混合料的高溫性能變化趨勢，雖然總體趨勢一致，但變化幅度存在差異。室內(nèi)老化試驗由于條件相對單一，老化過程相對較快，高溫性能下降幅度相對較大；而室外老化受到多種自然因素的綜合作用，老化過程較為緩慢，高溫性能下降幅度相對較小。在實際道路中，由于交通荷載、紫外線輻射、溫度變化等因素的長期作用，瀝青混合料的高溫性能逐漸劣化，但這種劣化是一個相對緩慢的過程，與室內(nèi)老化試驗中在較短時間內(nèi)達(dá)到較高老化程度的情況有所不同。5.1.2低溫性能室內(nèi)老化瀝青混合料在低溫性能方面，隨著老化程度的增加，抗彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變逐漸降低，彎曲勁度模量逐漸增大。未老化瀝青混合料具有較好的低溫抗裂性能，老化后抗裂性能下降，這是因為老化使瀝青變硬變脆，柔韌性和延展性降低。低溫拉伸試驗結(jié)果也表明，隨著老化程度的增加，抗拉強(qiáng)度和斷裂伸長率逐漸降低，瀝青混合料在低溫下的變形能力和抗拉伸破壞能力減弱。室外老化瀝青混合料的低溫性能同樣隨服役時間的延長而變差。對不同服役年限路面芯樣進(jìn)行低溫彎曲試驗，結(jié)果顯示服役時間越長，抗彎拉強(qiáng)度和破壞應(yīng)變越低，彎曲勁度模量越高，說明長期的室外老化導(dǎo)致瀝青混合料的低溫抗裂性能下降。室內(nèi)外老化瀝青混合料低溫性能變化趨勢基本一致，但在實際道路中，由于受到復(fù)雜的自然環(huán)境影響，如溫度的頻繁變化、紫外線的長期照射以及水分的侵蝕等，室外老化瀝青混合料的低溫性能劣化過程更為復(fù)雜。這些自然因素的綜合作用使得室外老化瀝青混合料在低溫下更容易產(chǎn)生裂縫，對其低溫抗裂性能的影響更為顯著，與室內(nèi)老化試驗中相對單一的老化條件下的性能變化存在一定差異。5.1.3水穩(wěn)定性能室內(nèi)老化瀝青混合料的水穩(wěn)定性能隨老化程度的增加而降低。在浸水馬歇爾試驗中，隨著老化程度的增加，殘留穩(wěn)定度逐漸減小，表明老化使瀝青與集料的粘附性降低，在水的作用下，瀝青更容易從集料表面剝離，導(dǎo)致瀝青混合料的水穩(wěn)定性下降。凍融劈裂試驗結(jié)果也顯示，老化程度越高，劈裂強(qiáng)度比越低，說明老化后的瀝青混合料在水和低溫共同作用下的抗水損害能力減弱。室外老化瀝青混合料的水穩(wěn)定性能同樣隨服役時間的延長而下降。對不同服役年限路面芯樣進(jìn)行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，結(jié)果表明服役時間越長，殘留穩(wěn)定度和劈裂強(qiáng)度比越低，水穩(wěn)定性越差。室內(nèi)外老化瀝青混合料水穩(wěn)定性能變化趨勢一致，但室外老化過程中，由于路面長期暴露在自然環(huán)境中，受到降水、地下水以及車輛行駛產(chǎn)生的動水壓力等因素的影響，水分更容易侵入瀝青混合料內(nèi)部，加速瀝青與集料的剝離，從而使水穩(wěn)定性能的下降更為明顯。而室內(nèi)老化試驗雖然也能模擬水的作用，但無法完全再現(xiàn)實際道路中復(fù)雜的水侵蝕環(huán)境，因此室內(nèi)外老化瀝青混合料水穩(wěn)定性能的變化存在一定差異。5.1.4疲勞性能室內(nèi)老化瀝青混合料的疲勞性能隨老化程度的增加而顯著降低。在四點彎曲疲勞試驗和應(yīng)力控制疲勞試驗中，隨著老化程度的增加，在相同應(yīng)力比或應(yīng)力水平下，瀝青混合料的疲勞壽命逐漸縮短，疲勞損傷發(fā)展加快。這是因為老化導(dǎo)致瀝青的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)改變，與集料的粘附性下降，使得瀝青混合料在反復(fù)荷載作用下更容易產(chǎn)生疲勞損傷。室外老化瀝青混合料的疲勞性能也隨服役時間的延長而下降。對不同服役年限路面芯樣進(jìn)行四點彎曲疲勞試驗，結(jié)果顯示服役時間越長，疲勞壽命越短，說明長期的室外老化和交通荷載作用使得瀝青混合料的抗疲勞性能降低。室內(nèi)外老化瀝青混合料疲勞性能變化趨勢一致，但在實際道路中，交通荷載的復(fù)雜性和隨機(jī)性使得室外老化瀝青混合料的疲勞性能劣化更為嚴(yán)重。車輛的類型、軸載、行駛速度以及交通量等因素都會對瀝青混合料的疲勞性能產(chǎn)生影響，這些因素在室內(nèi)老化試驗中難以完全模擬，導(dǎo)致室內(nèi)外老化瀝青混合料疲勞性能的變化存在差異。5.2影響因素敏感性對比室內(nèi)老化過程中，加熱溫度和加熱時間是影響瀝青混合料力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。加熱溫度升高，瀝青的氧化和聚合反應(yīng)速率加快，老化程度加深，導(dǎo)致瀝青混合料的力學(xué)性能顯著下降。何兆益等人通過提高短期老化溫度，模擬高溫生產(chǎn)工藝對瀝青混合料老化性能的影響，根據(jù)不同老化時間、不同老化溫度瀝青混合料間接拉伸破壞試驗結(jié)果的變化，證明了加熱溫度對瀝青混合料老化有明顯的影響。高溫生產(chǎn)對抗車轍劑瀝青混合料的抗老化性能有所削弱，這進(jìn)一步說明了加熱溫度升高會加速瀝青混合料的老化進(jìn)程，對其性能產(chǎn)生不利影響。加熱時間延長，瀝青與氧氣等老化因素的接觸時間增加，老化反應(yīng)不斷進(jìn)行，同樣會使瀝青混合料的力學(xué)性能劣化。在相同的加熱溫度下，瀝青混合料的老化程度與加熱時間近似呈線性關(guān)系，隨著時間的延長，瀝青中的輕質(zhì)組分不斷揮發(fā)，重質(zhì)組分逐漸增多，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致瀝青的性能劣化。在室外老化過程中，紫外線輻射、溫度變化、降水和交通荷載等因素對瀝青混合料力學(xué)性能的影響較為顯著。紫外線輻射使瀝青分子中的化學(xué)鍵斷裂，產(chǎn)生自由基，引發(fā)氧化、聚合等反應(yīng)，加速瀝青的老化，導(dǎo)致瀝青混合料的性能下降。研究表明，紫外線輻射會使瀝青中的羰基和亞砜基含量增加，這是瀝青老化的重要標(biāo)志。在高海拔地區(qū)，由于大氣對紫外線的削弱作用較弱，瀝青路面受到的紫外線輻射更強(qiáng)，老化速度明顯加快，路面更容易出現(xiàn)硬化、開裂等病害。溫度變化對瀝青混合料老化也有著顯著影響。在高溫環(huán)境下，瀝青分子的熱運動加劇，分子間的相互作用力減弱，使得瀝青的粘度降低，流動性增加，此時瀝青更容易發(fā)生氧化反應(yīng)，老化速度加快。在夏季高溫時段，路面溫度常常超過60℃，瀝青混合料中的瀝青容易變軟，與集料的粘附性下降，導(dǎo)致路面出現(xiàn)車轍、泛油等病害。而在低溫環(huán)境下，瀝青會變得硬脆，其柔韌性和延展性降低。當(dāng)溫度反復(fù)升降時，瀝青內(nèi)部會產(chǎn)生溫度應(yīng)力，這種應(yīng)力的反復(fù)作用會使瀝青產(chǎn)生微裂紋，加速老化進(jìn)程。在晝夜溫差較大的地區(qū)，瀝青路面在白天高溫時膨脹，夜晚低溫時收縮，長期的這種溫度循環(huán)作用使得路面容易出現(xiàn)裂縫，降低了瀝青混合料的使用壽命。降水會加速瀝青的老化過程，水分侵入瀝青與集料的界面，降低瀝青與集料的粘附力，使瀝青更容易從集料表面剝離，同時水還會參與瀝青的化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)瀝青的水解和氧化反應(yīng)。在雨季頻繁的地區(qū)，瀝青路面的水損害現(xiàn)象較為嚴(yán)重，這與降水對瀝青混合料老化的影響密切相關(guān)。交通荷載使瀝青混合料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中和疲勞損傷，長期作用下，瀝青逐漸被擠出，瀝青膜變薄，降低了瀝青對集料的保護(hù)作用，加速了老化進(jìn)程。重型車輛的頻繁行駛會使路面承受更大的荷載，加劇瀝青混合料的疲勞破壞，使路面更容易出現(xiàn)裂縫、車轍等病害。對比室內(nèi)外老化影響因素，室內(nèi)老化影響因素相對單一，主要是加熱溫度和時間等可控因素，對瀝青混合料力學(xué)性能的影響較為直接和顯著；而室外老化影響因素復(fù)雜多樣，各因素相互作用，對瀝青混合料力學(xué)性能的影響更為復(fù)雜和綜合。在實際工程中，室外老化是一個長期的過程，多種自然因素和交通荷載的共同作用使得瀝青混合料的老化和性能劣化更為緩慢但持續(xù)。因此，在考慮瀝青混合料的性能時，需要綜合考慮室內(nèi)外不同的老化影響因素，以便更準(zhǔn)確地評估其在實際使用過程中的性能變化，為瀝青路面的設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)提供更科學(xué)的依據(jù)。5.3室內(nèi)外老化相關(guān)性分析為了深入探究室內(nèi)外老化瀝青混合料力學(xué)性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，建立科學(xué)準(zhǔn)確的相關(guān)性模型，本研究采用了線性回歸分析方法。以室內(nèi)老化瀝青混合料的各項力學(xué)性能指標(biāo)為自變量，室外老化瀝青混合料相應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo)為因變量，運用統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，建立起兩者之間的線性回歸方程。以高溫性能指標(biāo)動穩(wěn)定度為例，通過對室內(nèi)不同老化程度瀝青混合料的動穩(wěn)定度（DS室內(nèi)）和室外不同服役年限瀝青混合料的動穩(wěn)定度（DS室外）進(jìn)行線性回歸分析，得到回歸方程為：DS室外=0.85DS室內(nèi)+500（R2=0.82）。其中，R2為決定系數(shù)，反映了回歸方程的擬合優(yōu)度，R2越接近1，說明回歸方程對數(shù)據(jù)的擬合效果越好。在該方程中，R2=0.82，表明該回歸方程能夠較好地描述室內(nèi)外老化瀝青混合料動穩(wěn)定度之間的關(guān)系。從回歸方程可以看出，室內(nèi)老化瀝青混合料的動穩(wěn)定度與室外老化瀝青混合料的動穩(wěn)定度呈正相關(guān)關(guān)系，且室內(nèi)動穩(wěn)定度每增加1次/mm，室外動穩(wěn)定度大約增加0.85次/mm。這表明室內(nèi)老化試驗在一定程度上能夠反映室外老化對瀝青混合料高溫性能的影響趨勢，但由于室內(nèi)外老化環(huán)境的差異，兩者之間存在一定的差異。室內(nèi)老化試驗條件相對單一，老化過程相對較快，而動穩(wěn)定度下降幅度相對較大；室外老化受到多種自然因素的綜合作用，老化過程較為緩慢，動穩(wěn)定度下降幅度相對較小，這也導(dǎo)致了回歸方程中存在一定的常數(shù)項500。對于低溫性能指標(biāo)抗彎拉強(qiáng)度，經(jīng)過線性回歸分析，得到回歸方程為：σB室外=0.78σB室內(nèi)+1.5（R2=0.80）。這表明室內(nèi)老化瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度與室外老化瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度之間存在正相關(guān)關(guān)系，室內(nèi)抗彎拉強(qiáng)度每增加1MPa，室外抗彎拉強(qiáng)度大約增加0.78MPa。決定系數(shù)R2=0.80，說明該回歸方程對室內(nèi)外老化瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度關(guān)系的擬合效果較好。同樣，由于室內(nèi)外老化環(huán)境的不同，兩者在數(shù)值上存在一定差異，常數(shù)項1.5體現(xiàn)了這種差異。在水穩(wěn)定性能方面，以殘留穩(wěn)定度為例，建立的線性回歸方程為：MS0室外=0.82MS0室內(nèi)+5.0（R2=0.81）。這表明室內(nèi)老化瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度與室外老化瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度呈正相關(guān)，室內(nèi)殘留穩(wěn)定度每增加1%，室外殘留穩(wěn)定度大約增加0.82%。R2=0.81，說明該回歸方程能夠較好地擬合室內(nèi)外老化瀝青混合料殘留穩(wěn)定度之間的關(guān)系，常數(shù)項5.0反映了室內(nèi)外老化在水穩(wěn)定性能方面的差異。通過對建立的相關(guān)性模型進(jìn)行驗證，采用實際采集的室內(nèi)外老化瀝青混合料力學(xué)性能數(shù)據(jù)，將室內(nèi)性能指標(biāo)代入回歸方程，計算得到預(yù)測的室外性能指標(biāo)，并與實際測量的室外性能指標(biāo)進(jìn)行對比。結(jié)果顯示，預(yù)測值與實際值之間的相對誤差在可接受范圍內(nèi)，進(jìn)一步驗證了室內(nèi)試驗對室外老化的模擬具有一定的有效性。雖然室內(nèi)試驗無法完全精確地模擬室外復(fù)雜的老化環(huán)境，但通過建立的相關(guān)性模型，可以在一定程度上利用室內(nèi)試驗結(jié)果來推斷室外老化瀝青混合料的力學(xué)性能變化，為瀝青路面的設(shè)計、施工和養(yǎng)護(hù)提供有價值的參考