基于漢堡試驗(yàn)的瀝青混合料車(chē)轍影響因素研究

顏佳富

（中交一公局國(guó)際部中非公司）

基于漢堡試驗(yàn)的瀝青混合料車(chē)轍影響因素研究

顏佳富

（中交一公局國(guó)際部中非公司）

本文采用漢堡車(chē)轍試驗(yàn)方法，利用AC-13瀝青混合料，分別調(diào)整不同的試件的尺寸，試件的成型方法及成型閑置時(shí)間對(duì)車(chē)轍發(fā)展的影響，通過(guò)本次試驗(yàn)研究，主要得出以下結(jié)論，發(fā)現(xiàn)4cm厚的試件與6cm、8cm和10cm厚的試件得到的車(chē)轍發(fā)展規(guī)律相差較大， 兩種成型方法得到的車(chē)轍深度具有相似的規(guī)律，，放置時(shí)間對(duì)瀝青混合料的車(chē)轍深度具有一定的影響，且放置的時(shí)間越長(zhǎng)，其試驗(yàn)得到的車(chē)轍深度較小。

道路工程；瀝青混合料；漢堡試驗(yàn)；車(chē)轍

1 前言

瀝青混合料是典型的溫度敏感性材料,其力學(xué)性質(zhì)隨著溫度的變化為變化,其中在高溫環(huán)境下,瀝青混合料出現(xiàn)的永久變形是是瀝青路面常見(jiàn)的病害類(lèi)型。與其他病害類(lèi)型如裂縫、水損壞等不同的是，車(chē)轍的出現(xiàn)不僅為影響路面的美觀和行駛舒適性，還對(duì)行車(chē)安全具有一定的隱患，過(guò)大的車(chē)轍出使得車(chē)輛操縱性變得困難，最終直接威脅交通安全，特別是雨天，瀝青路面的雨水集聚在車(chē)轍轍槽內(nèi)，車(chē)輛容易發(fā)生漂滑而影響高速行車(chē)的安全。

本文基于某國(guó)際道路的需求出發(fā)，該道路的路面結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)層為25cm天然紅土粒料底基層+20cm 0/31.5cm機(jī)軋碎石基層+5cm瀝青混凝土路面，由于項(xiàng)目所在區(qū)域位于非洲地區(qū)，溫度較高，對(duì)瀝青路面的抗車(chē)轍的具有現(xiàn)實(shí)的需求。研究中利用國(guó)外常用的漢堡車(chē)轍試驗(yàn)對(duì)車(chē)轍進(jìn)行分析，雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)漢堡車(chē)轍與車(chē)轍儀車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行過(guò)對(duì)比，并對(duì)其原理進(jìn)行了分析，但針對(duì)漢堡試驗(yàn)的條件對(duì)車(chē)轍結(jié)果的影響，目前研究尚不充分。本文通過(guò)漢堡試驗(yàn)，分倍改變漢堡試驗(yàn)的試件厚度、成型方法及成型擱置時(shí)間對(duì)車(chē)轍的影響。

2 原材料及試驗(yàn)內(nèi)容

本次研究中選用了AC-13瀝青混合料，瀝青采用90號(hào)基質(zhì)瀝青，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，瀝青的材料性質(zhì)滿(mǎn)足公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中的瀝青性質(zhì)要求?；旌狭纤玫拇旨虾图?xì)集料的巖性均為玄武巖。礦粉為磨細(xì)的石灰?guī)r。

漢堡車(chē)轍試驗(yàn)的試件標(biāo)準(zhǔn)尺寸為260mm×320mm，本次試驗(yàn)時(shí)為了考察試件尺寸效應(yīng)對(duì)車(chē)轍的結(jié)果影響，也采用了圓柱形的試件進(jìn)行,試驗(yàn)的荷載輪寬為47mm，荷載為705N，輪子每分鐘往返52次，試驗(yàn)的終止條件是加載的次數(shù)達(dá)到了為20000次，或是試件的車(chē)轍深度達(dá)到2cm。

本次試驗(yàn)時(shí)，分布選取了4cm、6cm、8cm及10cm厚的試件厚度；成型方法分別選取了輪碾成型試件及揉搓成型試件兩種方法；成型的擱置時(shí)間主要是考慮了瀝青路面攤鋪完工后的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，分別選取為24h、168h、360h來(lái)模擬攤鋪后1d、7d及15d的養(yǎng)生時(shí)間。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 試件尺寸對(duì)車(chē)轍的影響

瀝青路面的車(chē)轍一般出現(xiàn)在瀝青面層的中面層，但在試驗(yàn)室內(nèi)對(duì)瀝青混合料的車(chē)轍性能進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，很難模擬實(shí)際的路面結(jié)構(gòu)，一般采用標(biāo)準(zhǔn)的厚度進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)，但是對(duì)于瀝青路面而言，一般的厚度越大，其產(chǎn)生的車(chē)轍就越大，因此，許多項(xiàng)目為了滿(mǎn)足車(chē)轍的要求，嘗試采用較薄的瀝青面層，但對(duì)我國(guó)的半剛性基層瀝青路面，面層太薄容易產(chǎn)生裂縫等病害。

圖2 成型方法與車(chē)轍關(guān)系

對(duì)于試驗(yàn)室內(nèi)的車(chē)轍試驗(yàn)?zāi)M，應(yīng)該考察尺寸效應(yīng)對(duì)車(chē)轍結(jié)果的影響，本文在研究時(shí)，分布模擬了4cm、6cm、8cm 及10cm厚的試件厚度對(duì)車(chē)轍結(jié)果的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

從試驗(yàn)結(jié)果可知，4種不同的試件尺寸均隨著作用次數(shù)的增加呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，但其增長(zhǎng)的幅度卻不同，從圖1可知，4cm厚的試件其車(chē)轍深度隨作用次數(shù)的增加呈現(xiàn)較為迅速的增加趨勢(shì)，而其他尺寸的試件車(chē)轍深度的規(guī)律都比較相似。同時(shí)從曲線(xiàn)的發(fā)展規(guī)律也可知，當(dāng)作用次數(shù)達(dá)到5000次時(shí)，車(chē)轍深度存在著明顯的拐點(diǎn)，在低于5000次時(shí)，車(chē)轍深度的增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯，但在作用次數(shù)超過(guò)5000次時(shí)，其增長(zhǎng)的趨勢(shì)減緩。

對(duì)其規(guī)律進(jìn)一部的研究發(fā)現(xiàn)，4cm厚的試件的車(chē)轍深度規(guī)律較為奇特，去其他三種尺寸的車(chē)轍深度發(fā)展規(guī)律明顯不同，這從一定的程度上可以認(rèn)為4cm厚試件的車(chē)轍敏感性較強(qiáng)。其他尺寸的試件在作用相同次數(shù)時(shí)，其車(chē)轍深度均相差不大，而且規(guī)律的發(fā)展曲線(xiàn)較為相似，表明利用這三種尺寸獲取的車(chē)轍深度更具有代表意義。這從一個(gè)側(cè)面也反映了利用4cm的試件并不能很好的表征車(chē)轍的發(fā)展規(guī)律。

圖2 成型方法與車(chē)轍關(guān)系

3.2 成型方式對(duì)車(chē)轍的影響

漢堡車(chē)轍試驗(yàn)在成型試件時(shí)是通過(guò)揉搓方式成型試件，在實(shí)際的路面壓實(shí)及行車(chē)的作用下，瀝青路面的壓實(shí)也接近于揉搓。但其試件成型的方式與通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的試件有所不同，為了研究成型方式對(duì)車(chē)轍發(fā)展的影響，本次試驗(yàn)時(shí)分布采取漢堡成型方法及旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型方法對(duì)其研究，試驗(yàn)的結(jié)果如圖2所示。圖中漢堡成型的試件記為HB,旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的試件記為XZ。

通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可知，兩種不同的成型方式得到的試件其車(chē)轍深度發(fā)展規(guī)律基本相似，且作用次數(shù)5000次是其發(fā)展的拐點(diǎn)，當(dāng)作用次數(shù)超過(guò)5000次，車(chē)轍的深度發(fā)展減緩。但同時(shí)試驗(yàn)結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的試件，得到的試件車(chē)轍深度較大，其對(duì)車(chē)轍深度的敏感性較強(qiáng)。由于兩者之間的評(píng)價(jià)結(jié)果相差不大，且旋轉(zhuǎn)壓實(shí)在機(jī)理上更接近于路面的實(shí)際壓實(shí)效果，因此可認(rèn)為漢堡車(chē)轍成型的試件也可在一定上反映瀝青路面實(shí)際情況，由其評(píng)價(jià)的車(chē)轍也可在一定程度上反映路面的實(shí)際抗車(chē)轍能力。

3.3 時(shí)間對(duì)車(chē)轍的影響

圖3 成型放置時(shí)間與車(chē)轍關(guān)系

由于時(shí)間及設(shè)備的關(guān)系，試驗(yàn)室成型的試件或者施工現(xiàn)場(chǎng)鉆取的芯樣難以保證及時(shí)的測(cè)試，因此需要研究試件成型后的擱置時(shí)間對(duì)車(chē)轍的性能影響。同時(shí)瀝青路面在攤鋪完成，經(jīng)過(guò)養(yǎng)生后，其對(duì)車(chē)轍的抵抗能力如何，目前缺少較為有效的方法，而通過(guò)將試件按照養(yǎng)生時(shí)間放置后再對(duì)其車(chē)轍性能進(jìn)行試驗(yàn)，可以對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此基于以上兩種方法，本文考察不同的時(shí)間對(duì)車(chē)轍發(fā)生規(guī)律的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

從試驗(yàn)結(jié)果可知，試件成型后放置不同的時(shí)間后再進(jìn)行漢堡車(chē)轍試驗(yàn)后的車(chē)轍深度發(fā)展規(guī)律類(lèi)型，均隨著作用次數(shù)的增加呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，且其遞增趨勢(shì)在作用次數(shù)5000次時(shí)發(fā)生變化，從三種時(shí)間來(lái)看，當(dāng)混合料成型放置24h后進(jìn)行車(chē)轍試驗(yàn)時(shí)的車(chē)轍深度較大，而在試件放置360h的車(chē)轍深度最小，也即放置360h的瀝青混合料的抗車(chē)轍能力最好。這也說(shuō)明瀝青混合料在成型后需要一段時(shí)間的硬化過(guò)程。因此為了保證瀝青路面具有良好的抗車(chē)轍能力，在瀝青路面攤鋪完畢后，需要有一段時(shí)間的養(yǎng)生時(shí)間，在養(yǎng)生時(shí)間內(nèi)應(yīng)避免重載車(chē)輛的行駛。

3 結(jié)論

本文通過(guò)漢堡試驗(yàn)分析考慮了漢堡試件的尺寸不同，試件成型方式的不同及試件成型后放置時(shí)間的不同對(duì)車(chē)轍發(fā)展規(guī)律的研究，通過(guò)本次研究，主要得出以下的結(jié)論：

針對(duì)不同的試件尺寸，發(fā)現(xiàn)4cm厚的試件與6cm、8cm和10cm厚的試件得到的車(chē)轍發(fā)展規(guī)律相差較大，因此，為了使試驗(yàn)具有良好的代表性和普遍性，在漢堡車(chē)轍試驗(yàn)中，其試件的厚度不應(yīng)使用4cm。

文中對(duì)比了漢堡成型試件方法和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)方法成型試件時(shí)車(chē)轍發(fā)展規(guī)律，發(fā)現(xiàn)兩種試驗(yàn)結(jié)果存在相似的規(guī)律。且通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的試件的車(chē)轍深度較大。

試驗(yàn)對(duì)試件成型后的放置時(shí)間對(duì)車(chē)轍深度的影響進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，放置時(shí)間對(duì)瀝青混合料的車(chē)轍深度具有一定的影響，且放置的時(shí)間越長(zhǎng)，其試驗(yàn)得到的車(chē)轍深度較小，表明經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的放置，瀝青混合料的硬化效果明顯。