關(guān)鍵詞：道路工程 | 圓柱形試件 | 瀝青混合料 | 抗車轍性能 | 可行性

車轍是瀝青路面的一種主要病害形式，其不僅影響路面平整度和使用性能，而且嚴(yán)重危及行車安全?？管囖H性能是瀝青路面設(shè)計的基本要求，但目前我國僅在瀝青混合料配合比設(shè)計階段，采用車轍試驗作為瀝青混合料設(shè)計結(jié)果的驗證，缺乏對瀝青路面結(jié)構(gòu)層抗車轍性能的檢測評價，這就無法保證路面具有良好的抗車轍性能。我國正在修訂的《瀝青路面設(shè)計規(guī)范》的校對稿中已增加將瀝青層的永久變形作為瀝青路面的設(shè)計指標(biāo)，在設(shè)計階段已充分認(rèn)識到瀝青路面抗車轍性能的重要性，但相應(yīng)的檢測和驗收規(guī)范仍缺乏與瀝青路面抗車轍性能緊密相關(guān)的檢測指標(biāo)，使得設(shè)計階段和施工質(zhì)量驗收階段處于脫節(jié)狀態(tài)。所以，研究瀝青路面結(jié)構(gòu)層現(xiàn)場抗車轍性能檢測方法具有重要的現(xiàn)實意義。

筆者提出采用圓柱形試件進(jìn)行車轍試驗，不僅可以用于評價瀝青混合料的高溫抗車轍性能，尤其是如果采用現(xiàn)場鉆芯取樣的圓柱形試件，其可用于評價路面現(xiàn)場的抗車轍性能，圓柱形試件容易獲得且對路面的損傷程度小，這可降低路面取樣位置發(fā)生次生病害的風(fēng)險。鑒于此，筆者分析圓柱形試件用于國標(biāo)車轍儀評價瀝青混合料的抗車轍能力的可行性，為圓柱形試件車轍試驗的應(yīng)用提供保障。

試驗原材料

試驗采用AC-13和AC-20兩種礦料級配、3種瀝青(70#、90#和SBS)共6種不同類型的混合料進(jìn)行試驗，為了確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，對礦料和瀝青的各項技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果均能滿足相關(guān)規(guī)范要求[1-2]。采用Superpave設(shè)計方法，zui終確定的礦料合成級配見表1，不同混合料類型的zui佳瀝青含量見表2。

圓柱形試件車轍試驗方法

圓柱形試件試驗?zāi)＞?/span>

為了便于推廣和應(yīng)用圓柱形試件車轍試驗方法，加載裝置仍然采用我國規(guī)范規(guī)定的車轍儀，加載輪的輪壓、輪寬、輪直徑、加載長度和加載速率均與規(guī)范保持一致，而車轍試驗?zāi)＞卟捎脠A柱形規(guī)格的模具。

結(jié)合國標(biāo)車轍試驗儀的輪徑、輪寬和輪碾壓長度及旋轉(zhuǎn)壓實法所能夠成型的瀝青混合料圓柱體試件的尺寸，自行設(shè)計試驗?zāi)＞?，其具有耐高溫、耐腐蝕且抗壓強(qiáng)度高的特性，模具尺寸規(guī)格見圖1?？紤]到若該模具用于衡量瀝青路面中、上面層的抗車轍性能，采用50、60mm兩種厚度規(guī)格，模具中部圓的直徑150mm，由兩部分對稱拼接而成，拼接部位圓的弦長為90mm，中空部分待放入芯樣進(jìn)行試驗。這樣的設(shè)置既能保證碾壓輪的寬度(50mm)小于兩個試件相接觸部分的寬度，也能保證碾壓長度(230±10mm)小于試件的270mm的總長度，在滿足這兩者條件下試件應(yīng)盡可能大，以減少邊界條件對試件內(nèi)部變形的影響，保證位移傳感器能夠jing確地檢測到試件的車轍變形量。當(dāng)用于評價結(jié)構(gòu)層厚度為40mm的芯樣試件時，只需在50mm厚度的試模底部加10mm厚的墊片。

圓柱形試件試驗方法

筆者按照圓柱形試模尺寸，在室內(nèi)利用SGC成型直徑150mm、高度50mm的圓柱形試件，對混合料類型相同的兩個試件進(jìn)行切割修整并放入圖1所示試模。在國標(biāo)要求的車轍儀上進(jìn)行試驗，試驗溫度為60℃，試件厚度5cm。每種類型的混合料分別進(jìn)行4組平行試驗，測定其動穩(wěn)定度指標(biāo)，試驗結(jié)果見表3。如果用于路面結(jié)構(gòu)層抗車轍性能評價，可結(jié)合瀝青路面壓實度檢測項目，在現(xiàn)場鉆取直徑150mm的芯樣并進(jìn)行壓實度檢測后，對試件進(jìn)行切割修整，放入車轍試驗?zāi)＞?中進(jìn)行車轍試驗。

漢堡車轍試驗驗證

試驗方法簡介

漢堡車轍試驗(HWTD)可用于評價瀝青混合料的永久變形、疲勞和水穩(wěn)性能，結(jié)果采用車轍深度、蠕變速率和剝落速率表征。瀝青混合料的高溫抗變形能力通過zui終車轍深度來評價，試驗可以采用板式與圓柱形兩種試件，試驗環(huán)境可以采用空氣浴和水浴。本次試驗采用空氣浴控制溫度的方式，試驗溫度60℃，采用鋼輪加載，加載頻率為52PPM，加載通過一個47mm寬的鋼輪施加705N的荷載來回碾壓試件，試驗輪重復(fù)碾壓20000次[3-4]。漢堡車轍試驗見圖2。

試驗結(jié)果與圓柱形試件試驗結(jié)果的相關(guān)性分析

按照漢堡車轍試驗設(shè)備模具的尺寸，利用SGC分別成型上文所述的3種瀝青、兩種礦料級配共6種瀝青混合料圓柱形試件，每種混合料類型成型兩個試件，作為1組。試件成型待其充分固化后，將試件切割修整放入試模待試驗，見圖2(b)。經(jīng)試驗，6種混合料的漢堡車轍試驗曲線見圖3。

根據(jù)圖3可知，在上述試驗條件下，試件都能完整地承受20000次的輪載作用，且沒有發(fā)生明顯的屈服破壞。將漢堡試驗的車轍深度指標(biāo)與圓柱形國標(biāo)車轍試驗的動穩(wěn)定度指標(biāo)進(jìn)行回歸分析，見圖4(圖中橫坐標(biāo)表示DS均值，縱坐標(biāo)為20000次漢堡車轍深度)。

根據(jù)圖4，圓柱形試件車轍試驗動穩(wěn)定度與漢堡車轍深度之間具有良好的指數(shù)相關(guān)性。由于漢堡車轍試驗用于混合料高溫性能評價和路面現(xiàn)場芯樣抗車轍性能檢測在國外得到了很好的應(yīng)用，因此可認(rèn)為筆者提出的圓柱形試件車轍試驗方法是合理可行的，能夠評價瀝青混合料和路面現(xiàn)場芯樣的抗車轍性能的優(yōu)劣。

APA試驗驗證

試驗方法簡介

APA(瀝青路面分析儀)試驗可以評價車轍、疲勞和水穩(wěn)定性，其是GLWT(喬治亞荷載輪試驗機(jī))的改進(jìn)型，與GLWT有著相似的車轍試驗過程。APA試驗與GLWT車轍測定程序一樣，采用3個加載凹形輪沿充氣的橡膠管在試件上往復(fù)運(yùn)動進(jìn)行加載，輪載455N，橡膠管氣壓690kPa，循環(huán)加載次數(shù)為8000次，但APA可以進(jìn)行浸水試驗。APA試驗試件尺寸為125mm×300mm×75mm板式試件或直徑150mm、高75mm的圓柱形試件，板式試件的空隙率控制在7%，圓柱形試件的空隙率一般是4%和7%，試驗溫度為40.6℃~64℃[5-6]。APA試驗裝置見圖5。

試驗結(jié)果與圓柱形試件試驗結(jié)果的相關(guān)性分析

通過SGC分別成型6種不同類型的混合料圓柱形試件，其直徑均為150mm、高度75mm，相同類型的兩個試件作為1組，按照APA試驗裝置規(guī)定的尺寸切割待用。

APA采用干法試驗，溫度條件為60℃，采用充氣輪加載，輪載455N，加載循環(huán)次數(shù)8000次。試驗前，將成型好的試件置于常溫下至少4h，然后置于內(nèi)環(huán)境溫度為60℃的APA中保溫2h。試驗得各混合料車轍深度隨加載次數(shù)的關(guān)系曲線見圖6。

從圖6可以看出，試件的車轍變形主要發(fā)生在初始階段，此階段瀝青混合料被壓密，車轍量較后期增長速度快。參考我國輪轍試驗動穩(wěn)定度的概念，通過測量瀝青混合料2000~7000次的變形來計算APA車轍動穩(wěn)定度，記為DSAPA。其計算式為式(1)：

將計算得到的不同混合料的APA車轍試驗動穩(wěn)定度與圓柱形國標(biāo)車轍試驗動穩(wěn)定度均值進(jìn)行相關(guān)性分析，見圖7。

根據(jù)圖7，圓柱形試件車轍試驗的動穩(wěn)定度與APA試驗的動穩(wěn)定度之間具有良好的線形相關(guān)性，這種相關(guān)性與瀝青混合料的種類無關(guān)。因此，筆者提出的圓柱形試件車轍試驗方法是可行的，其可用于評價實驗室混合料設(shè)計結(jié)果的高溫性能和現(xiàn)場路面抗車轍性能。

MMLS3設(shè)備試驗驗證

試驗方法簡介

MMLS3是zui新一代的加速加載試驗設(shè)備，其克服了大多數(shù)足尺加速加載設(shè)備體積龐大、移動不方便、造價昂貴的缺點(diǎn)，能夠測定路面在不同干濕條件和溫度條件下的永久變形，可以通過室內(nèi)試驗在短時間內(nèi)獲得路面結(jié)構(gòu)的使用性能指標(biāo)，對瀝青路面的耐久性和抗車轍性能進(jìn)行評價，其數(shù)據(jù)真實，可靠度高[7-9]。

運(yùn)用MMLS3進(jìn)行室內(nèi)加速加載試驗時，瀝青混合料試件的制備采用質(zhì)量控制，即一定質(zhì)量混合料壓實到一定高度位置。按照上文的瀝青混合料類型，通過SGC成型直徑150mm的圓柱形試件，切割修整成符合MMLS3底座要求的試件，放入試驗槽中待用，MMLS3試驗設(shè)備與試驗槽如圖8。試驗前，將切割修整好的試件放入試驗槽中保溫4h，試驗時溫度設(shè)定為60℃，加載頻率7200次/h，本次試驗設(shè)定加載次數(shù)為40000次，分別在加載至不同累積加載次數(shù)時用剖面儀測量車轍變形量。

試驗結(jié)果與圓柱形試件試驗結(jié)果的相關(guān)性分析

試驗得各瀝青混合料車轍深度與荷載作用次數(shù)間的關(guān)系曲線見圖9。從圖9可看出，各不同類型瀝青混合料試件的抗車轍性能存在明顯差異，用MMLS3測得的車轍曲線明顯存在兩個階段:迅速增da的壓密階段和穩(wěn)定增加的蠕變階段，這同漢堡車轍試驗和APA試驗所得曲線很相似。且荷載作用次數(shù)為40000時，各瀝青混合料抗車轍性能從優(yōu)到劣排序為AC-20-SBS＞AC-13-SBS＞AC-20-70#＞AC-13-70#＞AC-20-90#＞AC-13-90#，這與60℃條件下5cm厚度的圓柱形國標(biāo)車轍試驗動穩(wěn)定度所反映的抗車轍性能排序是一致的。

在穩(wěn)定蠕變階段，瀝青混合料的蠕變速率可以較好地反映其高溫性能，是通常選用的重要指標(biāo)[10]。圖9中瀝青混合料的穩(wěn)定階段可視為荷載作用10000次到35000次之間，對該階段不同瀝青混合料的車轍變形與荷載作用次數(shù)進(jìn)行線性擬合，得各種瀝青混合料試件的蠕變速率，且將該蠕變速率與圓柱形試件國標(biāo)車轍試驗動穩(wěn)定度進(jìn)行相關(guān)性分析，相關(guān)性曲線見圖10。根據(jù)圖10，兩指標(biāo)間存在良好的線形相關(guān)性，因此可以認(rèn)為圓柱形試件車轍試驗方法是可行的，該方法能夠用于評價瀝青混合料的高溫抗車轍性能。

圓柱形試件車轍試驗可靠性評估

由于板式試件與圓柱形試件尺寸的不同，成型效果必然存在差異，因此需對圓柱形試件車轍試驗方法的可靠性進(jìn)行評估。筆者在分析評價兩種試件的空隙率變異性與動穩(wěn)定度變異性的基礎(chǔ)上，評估圓柱形試件車轍試驗方法的可靠性。

圓柱形試件與板式試件空隙率變異性分析

對于不同類型瀝青混合料的兩種規(guī)格試件，每種規(guī)格試件的空隙率變異性規(guī)律相似。因此，選擇上文所述的一種瀝青混合料(AC-13-70#基質(zhì)瀝青混合料)成型兩種規(guī)格試件進(jìn)行分析，試件空隙率均為4%。利用輪碾成型機(jī)制備板式試件，其尺寸為300mm×300mm×50mm，并將其平均分割成9塊，如圖11。分別測定每一小塊的空隙率，見表4；圓柱形試件采用SGC成型，成型時試件高度預(yù)設(shè)定為100mm，然后將試件切割成兩個高度均為50mm的圓柱形試件，分別測定試件空隙率，測定結(jié)果見表5。

根據(jù)表4，車轍板試件9個不同小塊的空隙率相差較大，極差達(dá)到1.67。空隙率表現(xiàn)出中間部分低、邊緣部分高的現(xiàn)象，整塊板式試件不同位置處的空隙率不均勻，這與試件成型裝模過程中混合料的離析以及人為操作有關(guān)，很難完全避免。而圓柱形試件的空隙率與設(shè)計空隙率4%相比波動較小。通過對比表4和表5，可知圓柱形試件的空隙率變異系數(shù)明顯低于板式試件空隙率變異系數(shù)，從而表明圓柱形試件空隙率變異性水平比板式試件低，這在一定程度上保證了圓柱形試件車轍試驗方法的可靠性。

兩種規(guī)格試件車轍試驗動穩(wěn)定度變異性分析

車轍試驗中，試件在重復(fù)試驗下應(yīng)具有良好的平行性，以保證車轍試驗結(jié)果具有較高的重復(fù)性，這樣試驗結(jié)果才具有說服力[10]。筆者以動穩(wěn)定度變異系數(shù)來表征結(jié)果的可靠性，變異系數(shù)越大表明可靠性越差。

試驗中，利用SBS改性瀝青和基質(zhì)瀝青混合料分別成型不同厚度的圓柱形試件和板式試件，每種試件的平行試驗均為3個，在60℃條件下分別進(jìn)行車轍試驗。計算動穩(wěn)定度變異系數(shù)，其結(jié)果見表6~表7。

由表6~表7可知:圓柱形試件平行試驗的車轍動穩(wěn)定度變異性普遍小于板式試件試驗的動穩(wěn)定度變異性，其原因主要是板式試件的空隙率變異性大，空隙率直接影響車轍試驗的密實度，而密實度是影響車轍試驗結(jié)果的一個重要因素，因此產(chǎn)生以上結(jié)果。且兩種級配的混合料相比，AC-13顯著小于AC-20混合料兩種規(guī)格試件的動穩(wěn)定度變異性，這說明動穩(wěn)定度變異性與級配類型也有很大關(guān)系。

綜上分析，從成型效果和動穩(wěn)定度變異性水平來看，圓柱形試件優(yōu)于板式試件，圓柱形試件試驗結(jié)果的平行性更好，動穩(wěn)定度指標(biāo)的離散性更小，這在一定程度上反映出圓柱形試件車轍試驗是可行的。

結(jié)論

為了分析圓柱形試件用于國標(biāo)車轍儀評價瀝青混合料高溫性能試驗方法的可行性，筆者將圓柱形試件車轍試驗結(jié)果分別與國際上普遍采用的衡量瀝青混合料高溫性能的3種試驗方法的結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，且評價了圓柱形試件車轍試驗的可靠度。所得結(jié)論如下:

1)圓柱形試件車轍試驗的動穩(wěn)定度與漢堡車轍深度之間具有良好的指數(shù)相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)為0.9309。兩指標(biāo)的變化趨勢相反，即隨著國產(chǎn)車轍試驗動穩(wěn)定度的增da，漢堡車轍深度逐漸減小。試驗結(jié)果表明圓柱形試件國標(biāo)車轍試驗方法是可行的。

2)圓柱形試件國標(biāo)車轍試驗的動穩(wěn)定度與APA試驗動穩(wěn)定度之間具有很好的線形相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9866，并且這種相關(guān)性不受瀝青混合料種類變化的影響，表明圓柱形試件國標(biāo)車轍試驗方法是可行的。

3) 圓柱形試件車轍試驗的動穩(wěn)定度與小型加速加載試驗蠕變率指標(biāo)間同樣具有良好的線形相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.9003，且小型加速加載試驗車轍變形量所反映的瀝青混合料抗車轍性能排序與圓柱形試件車轍試驗動穩(wěn)定度所體現(xiàn)的瀝青混合料抗車轍性能排序一致，同樣表明圓柱形試件國標(biāo)車轍試驗方法是可行的。

4)圓柱形試件較板式試件車轍試驗的可靠度更高，在一定程度上反映出圓柱形試件車轍試驗的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]交通部公路科學(xué)研究院.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程：JTG E20-2011[S].北京:人民交通出版社,2011.

[2]交通部公路科學(xué)研究院.公路工程集料試驗規(guī)程:JTGE42-2005[S].北京:人民交通出版社,2005.

[3]崔文博,郝培文.基于 Hammburg 車轍試驗的瀝青路面車轍損壞分析[J].中外公路,2014,34(1):95-98.

[4]ZARI H,KALIJ A G, BABAGOLI R. Laboratory evaluation of theeffect of waste plastic bottle (PET) on mutting performance of hot mixasphalt mixtures[J]. Petroleum Science & Technology,2016, 34(9)819-823.

[5]曹麗萍,孫立軍,董澤蛟.瀝青混凝土路面分析儀 APA的發(fā)展與應(yīng)用[J].公路,2007(3):34-34.

[6]TAREFDER R A, ZAMAN M,HOBSON K. A laboratory and statistical evaluation of factors affecting rutting[J].International Journal of Pavement Engineering,2003,4(1):59-68.

[7]路賀偉,張宏超,王健,等.基于 MMIS3 的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性研究[J].建筑材料學(xué)報,2011,14(5):624-629.

[8]賈倩.小型公路路面加速加載試驗設(shè)備MMLS3[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化,2009,26(8):78-80.

[9]LEE J,KM Y R, LEE Jaejun, Rutting performance evaluation of as-phalt mix with different types of geosynthetics using MMLS3[J].In-ternational Joumal of Pavement Engineering,2015,16(10):1-12.

[10]曹林濤,李立寒,孫大權(quán),等.瀝青混合料車轍試驗評價指標(biāo)研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報,2007,29(11):14-17.

全文完 發(fā)布于《重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》2017年12月。di一作者：李衛(wèi)勇(1975-)，男，陜西乾縣人，高級工程師，主要從事高速公路的建設(shè)與管理工作。E-mail:2294764141@qq.com。

我司部分文章來源于網(wǎng)絡(luò)，未能與原作者取得聯(lián)系，如涉及版權(quán)問題請與我們聯(lián)系，我們會及時處理刪除

通常的車轍測試設(shè)備，僅對路面材料進(jìn)行非常慢速的加載測量，不能模擬真實交通情況，不能模擬真實車輪碾壓，也不能進(jìn)行反復(fù)加載。相比之下，PaveMLS11這一套路面加速加載測試設(shè)備，可在路面上進(jìn)行實際加載。通過PAVETEST?操作軟件，PaveMLS11的荷載可進(jìn)行成比例計算加載，以確保輪壓和真實路面狀態(tài)上的全部尺寸車輛車輪加載保持同一水平。因此，PaveMLS11的試驗結(jié)果可用于模擬常規(guī)的真實荷載狀態(tài)，設(shè)備可直接用于研究路面上層125mm厚的瀝青層路面性能（無論是實驗室路面還是現(xiàn)場路面）。因此，此小型加速加載設(shè)備對于研究現(xiàn)場真實路面狀態(tài)上的全部尺寸車輛車輪加載下路面性能研究，具有非常寶貴的價值。

縮小比例的加速加載設(shè)備PaveMLS11，也可以用于研究瀝青材料面層的疲勞特性。如果具備某些條件，如：荷載頻率、溫度、橫向擺動在內(nèi)的荷載應(yīng)用及老化PaveMLS11對路面材料/瀝青混合料的突出研究效果，可用于預(yù)測和評價路面車轍等性能。如果相對于常規(guī)的加速加載試驗狀態(tài)，需要和普通車轍測試設(shè)備一樣評估慢速加載時路面性能的狀況，PaveMLS11也可以簡單實現(xiàn)，只需調(diào)整它的加載速度即可，然而加載方向卻始終模擬真實行車狀態(tài)而進(jìn)行單向的加載模式。

PaveMLS11小型加速加載設(shè)備，采用標(biāo)準(zhǔn)卡車輪胎的1/3比例尺寸輪胎進(jìn)行加載，安裝有4個加載輪，測試長度接近1.1m，可施加7200次/每小時加載。作用于300mm直徑試樣上的荷載可至2.7kN（短時間可達(dá)2.9kN），輪壓700kPa（短時間可達(dá)800kPa）。

產(chǎn)品特點(diǎn)

▍設(shè)備配置有橫向移動系統(tǒng)，可以模擬實際路面輪跡帶上輪跡的正態(tài)分布，橫移寬度左右可達(dá)各75mm

▍加載輪寬度80mm，在橫向移動系統(tǒng)啟動后加載寬度可達(dá)230mm

▍特殊巧妙的荷載單元設(shè)計結(jié)構(gòu)，使得路面不平的情況下加載輪對地荷載依然是穩(wěn)定的

▍設(shè)備有本地手動和遠(yuǎn)程自動兩種控制方式 ，在遠(yuǎn)程模式下軟件可以記錄設(shè)備高度，環(huán)境溫度，路面溫度和道路內(nèi)部溫度及加載速度、次數(shù)等信息

▍設(shè)備配置有胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，在發(fā)生爆胎或者胎壓不足的情況設(shè)備自動警報并停機(jī)

▍設(shè)備有多種試驗方式，可以在實際道路上進(jìn)行試驗，也可以使用配置的大尺寸震動輪碾成型機(jī)，在實驗室內(nèi)成型試驗道路進(jìn)行試驗，或者在實際道路上取芯，將芯樣放置在實驗室底座內(nèi)進(jìn)行試驗，或者直接將實際道路取樣到實驗室內(nèi)進(jìn)行試驗

▍設(shè)備可以使用配置的溫控系統(tǒng)進(jìn)行多種溫度模式試驗，可以進(jìn)行路面干式加熱試驗，濕式水循環(huán)加熱試驗，路面制冷低溫試驗

▍小型加速加載設(shè)備配置斷面儀，可以在加載后測量路面車轍，同時可以利用車轍與加載次數(shù)的關(guān)系預(yù)測實際道路車轍發(fā)展規(guī)律

▍設(shè)備通體由不銹鋼構(gòu)成，以防止潮濕環(huán)境下的腐蝕

了解更多產(chǎn)品信息，獲取產(chǎn)品資料，歡迎垂詢TIPTOP卓致力天

服務(wù)熱線 | 400-633-0508    郵箱：tiptop@tiptoptest.com