由于浇注式沥青混凝土密实性好^[1]，当用于钢桥桥面铺装时，与桥面变形有很好的适应性，适用于钢桥桥面的铺装，目前已经开始在我国北方地区推广使用^[2]，但是国内目前尚无关于浇注式沥青混凝土的成熟技术理论与评价方法。德国、日本等国家已经对浇注式沥青混凝土进行了系列研究，并根据本国的具体情况形成了成套的技术理论，但是由于地域差异国外理论并不完全适用于我国^[3-6]。浇注式沥青混凝土在我国内蒙古等严寒地区使用时，首先低温性能必须满足使用要求^[7-8]。目前国内外有多种评价方法，但在不同地域条件下适用条件不同^[6]，无法很好地进行推广和使用。本研究基于我国目前沥青混凝土低温性能已有研究成果^[9-18]，根据规范要求，并结合内蒙古地区实际气温状况，采用小梁弯曲试验，低温劈裂试验和低温弯曲蠕变试验对浇注式沥青混凝土的低温性能进行研究，以便提出适宜于我国严寒地区钢桥面铺装使用的浇注式沥青混凝土低温性能评价方法。

内蒙古自治区地域跨度大，东西横跨2 400 km，气候以温带大陆性季风气候为主。冬、春季漫长且气温低，夏季温热短暂且降雨量少，昼夜温差较大。由图 1可以看出近十年来，内蒙古地区整体年平均气温大致处于4~7 ℃，在全国范围来看气温偏低。同时由于地域跨度广，各盟市之间气候也存在明显差异。根据公路自然区划二级区划划分标准，内蒙古地区主要可以划分为以鄂尔多斯、乌兰察布和锡林郭勒为代表的Ⅵ₁中干区；以呼伦贝尔为代表的Ⅰ₂多年冻土区；以通辽为代表的Ⅱ₃干冻区；以及以阿拉善为代表的Ⅵ₂绿洲—荒漠区。通过对各盟市气温状况进行调查，由图 2可以看出各盟市月均最冷气温基本处于-10~-20 ℃之间，年平均气温从0 ℃以下至10 ℃。内蒙古自治区总体气温较低，负温持续时间长，而且地理位置分布基本上处于季冻区。因此，在内蒙古地区修建道路与桥梁时，必须对沥青混凝土的低温性能予以充分考虑。

图 1 内蒙古地区年平均气温图 Fig. 1 Average annual temperature in Inner Mongolia

图 2 内蒙古地区典型城市气温状况图 Fig. 2 Temperature conditions of typical cities in Inner Mongolia

目前用于测试沥青混合料低温抗裂性能的试验方法有很多，但各种方法存在一定的差异，并不适用于各种沥青混合料^[1]。我国《公路沥青路面设计规范》(JTG D50—2017)规定沥青混合料低温性能最好在温度为-10 ℃，加载速率为50 mm/min时，通过低温小梁弯曲试验检测。《公路工程沥青与沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)建议用劈裂试验检测沥青混凝土低温劈裂性能，用弯曲蠕变试验检测沥青混凝土低温变形性能，用低温弯曲试验检测沥青混凝土弯曲破坏的力学性质。《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40—2004)规定采用低温弯曲试验检测沥青混合料的低温抗裂性能。除此之外，国内专家学者也对沥青混凝土低温性能试验方法进行了大量研究，但并没有形成统一的标准。

(1) 集料

本研究采用的集料材料由坚硬、强度符合要求的岩石破碎而成，粗集料采用的是玄武岩，细集料采用品质较好的石灰岩机制砂。将粒径将集料分为A到F共5个类别，所用粗、细集料的技术指标试验结果与技术标准见表 1、表 2。

(2) 矿粉

本研究采用石灰石矿粉技术性质如表 3所示。

(3) 沥青与级配

本研究采用改性沥青与TLA以7:3的比例进行掺配，最佳沥青用量确定为7.6%；除此之外也对普通基质沥青混合料和掺加5%SBS改性沥青的沥青混合料进行相关测试。沥青混合料试验级配及浇注式沥青混凝土性能试验结果见表 4和表 5。

根据现行规范标准推荐的沥青混凝土低温性能试验方法，结合已有研究成果^[13-15]，本研究采用小梁低温弯曲试验，低温劈裂试验和低温弯曲蠕变试验对3种沥青混凝土的低温性能进行研究。根据对内蒙古地区气温状况的调查，并参考已有研究^[12-13]，以-26，-22，-18，-14，-10 ℃和-6 ℃作为试验温度。

(1) 小梁低温弯曲试验

小梁弯曲试验试件采用轮碾成型切制的250 mm×30 mm×35 mm棱柱体试件，采用50 mm/min的加载速率进行单点加载。

(2) 低温劈裂试验

劈裂试验的试件采用标准马歇尔试件，严格按照规范要求制作试件。低温劈裂试验采用1 mm/min的加载速率的等应变加载模式进行加载。

(3) 低温弯曲蠕变试验

低温弯曲蠕变试验试件采用由轮碾成型板块状300 mm×300 mm×50 mm试件，棱柱体试件用切割机制作。采用50 mm/min的加载速率进行单点加载，直到破坏为止。

小梁低温弯曲试验结果通过整理，绘制沥青混合料劲度模量随温度变化规律，见图 3。

图 3 弯曲试验结果图 Fig. 3 Result of bending test

低温劲度模量可以反映沥青混合料的柔韧性，是评价沥青混合料低温性能的一项常用的重要指标，劲度模量越小说明沥青混合料低温性能越好。从图 3可以看出，在-26~-6 ℃温度变化区间内，随着温度的升高，3种沥青混凝土的劲度模量均呈降低趋势。这说明随着温度升高沥青混合料逐渐变软，力学性能由弹塑性向黏弹性转化。其中基质沥青与SBS改性沥青混合料劲度模量值相近，但整体来看，SBS改性沥青混凝土劲度模量值低于基质沥青混凝土，说明在本试验中掺加5%SBS改性沥青的混凝土低温性能优于普通基质沥青混凝土。浇注式沥青混凝土劲度模量整体较普通基质沥青与SBS改性沥青混凝土低，低温性能相对更好。由图中可以看出，3种沥青混凝土劲度模量随温度变化趋势大致形同，所以可以使用小梁弯曲试验得到的劲度模量来评价浇注式沥青混凝土的低温性能。但是劲度模量不能明显反映不同类型沥青混凝土低温性能之间的差异。

低温劈裂试验通过数据整理，绘制沥青混合料劈裂强度随温度变化规律，见图 4，极限应变随温度变化规律，见图 5。

图 4 劈裂强度随温度变化关系 Fig. 4 Relationship between splitting strength and temperature

图 5 极限应变随温度变化关系 Fig. 5 Relationship between ultimate strain and temperature

通过浇注式沥青混合料劈裂强度随温度变化曲线可以看出，在-26~-20 ℃的温度范围内，随着温度的升高，浇注式沥青混合料劈裂破坏强度呈升高趋势；在-20~-6 ℃的温度范围内，随着温度的升高，浇注式沥青混合料劈裂破坏强度呈下降的趋势；曲线在-18~-24 ℃温度范围破坏强度可能存在极值。普通基质沥青混合料与SBS改性沥青混合料劈裂强度随温度变化曲线与浇注式沥青混合料类似，但是温度区间不同。在-26~-10 ℃温度变化范围内劈裂破坏强度随温度升高而增大，在-10~-6 ℃温度范围内劈裂破坏强度随温度升高而降低。使用SPSS 19软件对3种类型沥青混凝土劈裂强度随温度变化曲线进行拟合，最后分别得到3种类型沥青混凝土劈裂强度随温度变化的回归方程。其中浇注式沥青混凝土回归方程为R_t=-0.004t²-0.129t+3.771，回归系数0.94；SBS改性沥青混凝土回归方程为R_t=-0.005t²-0.116t+3.859，回归系数0.96；普通基质沥青混凝土回归方程R_t=-0.006t²-0.128t+3.834，回归系数0.97。由回归系数可以看出，3种类型混凝土的回归方程对曲线拟合情况良好，通过回归方程计算3种沥青混凝土脆点分别为-16.1，-11.6，-11.5 ℃。可以看出浇注式沥青混凝土脆点温度明显低于普通基质沥青混凝土和SBS改性沥青混凝土。根据已有研究^[8]，普通基质沥青混凝土和SBS改性沥青混凝土脆点约为-10 ℃上下。而根据劈裂试验结果，浇注式沥青混凝土脆点较普通基质沥青混凝土与SBS改性沥青混凝土低大约5 ℃，所以浇注式沥青混凝土的低温性能更好。

从低温劈裂极限应变与温度关系图可知，普通基质沥青混凝土与SBS改性沥青混凝土极限应变均随温度升高而增大，且在-12~-6 ℃温度范围内极限应变升高速度明显变快。同时可以看出，浇注式沥青混凝土低温劈裂极限应变随温度升高也大致呈上升趋势，但浇注式沥青混凝土极限应变曲线出现了几个波动的点，从图中无法看出浇注式沥青混凝土极限应变随温度变化的具体规律。这说明低温劈裂试验得到的极限应变不能很好反映浇注式沥青混凝土低温性能变化规律，可能存在试验方法等因素在一定程度影响混凝土低温性能的评价，还需进一步研究。

综上，我们可以得出浇注式沥青混凝土脆点更低，在到达脆点温度之前，浇注式沥青混凝土拥有较好的低温抗裂性能。对于浇注式沥青混凝土，相较于小梁弯曲试验得到的劲度模量以及低温劈裂试验得到的破坏应变，劈裂破坏强度对温度变化更为敏感，所以把劈裂试验破坏强度作为评价指标，可以更好的评价浇注式沥青混凝土的低温性能。

低温弯曲蠕变试验通过数据整理，绘制沥青混合料弯曲蠕变柔量随温度变化规律，见图 6。

图 6 弯曲蠕变试验结果 Fig. 6 Result of bending creep test

从以上试验结果可以得到，在-26~-6 ℃的温度区间内，伴随着温度的升高，沥青混凝土蠕变柔量整体呈增大趋势。其中在-26~-14 ℃温度变化区间内，蠕变柔量随温度增大的曲线较为平缓；在-14~-6 ℃的区间内，蠕变柔量随温度升高曲线较陡，说明在该区间内蠕变柔量随温度变化速率较大。3种沥青混合料蠕变柔量随温度降低变化规律相似，从图 6中可以看出3种混合料的低温性能排序为：浇注式沥青混合料>SBS改性沥青混合料>普通基质沥青混合料，这与以往研究结论^[7-8]是相符的。但除蠕变柔量数值大小不同之外，并不能得到3种沥青混合料弯曲蠕变柔量随温度变化规律的其他明显差异。以上分析说明：浇注式沥青混凝土与普通基质沥青混凝土和SBS改性沥青混凝土具有某些相同的低温性能特征，随着温度的降低，浇注式沥青混凝土弯曲蠕变柔量降低，且失去柔性的速率在加快，低温抗裂性能不断地降低。

系统调查了内蒙古地区气温状况，分析了我国现行规范中关于沥青混凝土低温性能的试验方法，通过对不同沥青混合料的低温性能进行系统研究，得到了不同沥青混合料低温性能随温度变化规律，推荐了严寒地区浇注式沥青混凝土低温抗裂性能的试验方法与评价指标。

(1) 由于内蒙古地区地域跨度大，各盟市气温状况存在一定差异，在进行沥青混凝土设计时，必须考虑工程所在地实际气温状况对沥青混凝土的低温性能的影响。

(2) 根据我国现行规范及已有研究，采用小梁弯曲试验，低温劈裂试验和低温弯曲蠕变试验对不同沥青混凝土的低温性能进行系统研究。研究发现：在本研究的试验温度-26~-6 ℃温度范围内，随着温度的降低，浇注式沥青混凝土的劲度模量增大、极限应变和弯曲蠕变柔量不断降低，其低温抗裂性能不断地降低，但降低幅度小于另外2种沥青混凝土。浇注式沥青混凝土低温性能优于普通基质沥青混凝土和SBS改性沥青混凝土。

(3) 本研究使用的3种低温试验方法均可用于浇注式沥青混凝土低温性能评价。但与普通基质沥青混凝土和SBS改性沥青混凝土不同，浇注式沥青混凝土脆点较低，把劈裂破坏强度作为评价指标，可以更好地评价浇注式沥青混凝土的低温性能。推荐把劈裂试验作为内蒙古等严寒地区浇注式沥青混凝土低温性能评价方法，并使用劈裂破坏强度作为评价指标。