基于車轍位置處芯樣的瀝青混合料性能變化規(guī)律試驗(yàn)研究

郭 芳

(湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410132)

0 引言

近年來，交通的渠化、車輛的重載化現(xiàn)象越來越普遍，加之全球氣候變暖，夏季高溫期延長(zhǎng)，尤其是在南方高溫地區(qū)，瀝青路面早期車轍損害現(xiàn)象日趨嚴(yán)重［1－3］。有針對(duì)性地分析瀝青路面車轍病害的成因，采取措施提高瀝青路面的抗車轍能力，有利于延長(zhǎng)瀝青路面使用壽命，提高公路的服務(wù)水平［4，5］。為此，結(jié)合廣西交通科技計(jì)劃項(xiàng)目，對(duì)廣西的各條高速公路進(jìn)行了車轍病害調(diào)查檢測(cè)，并在平鐘高速公路車轍位置通過現(xiàn)場(chǎng)鉆取芯樣的方法，對(duì)車轍凹陷和隆起的位置進(jìn)行了厚度、油石比和級(jí)配等性能試驗(yàn)，有利于深層次地掌握瀝青路面車轍的成因，進(jìn)而采取有針對(duì)性的維修處治對(duì)策。

1 工程概況

廣西平鐘高速公路全長(zhǎng)87.865 km，2006 年12月28 日建成通車，分主線和賀州支線兩部分。平鐘高速公路沿線冬短夏長(zhǎng)，氣候溫和，日照充足，雨量充沛，年平均氣溫19.9 ℃，年均降雨量1 355 ～1 865 mm 之間，無霜期長(zhǎng)達(dá)310 d 以上。平鐘高速公路主線代表性路面結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 平鐘高速公路瀝青路面結(jié)構(gòu)

2 車轍調(diào)查與統(tǒng)計(jì)

對(duì)平鐘高速公路全線瀝青路面(雙幅)主車道進(jìn)行了車轍的快速檢測(cè)，典型車轍病害照片如圖2。

圖2 平鐘高速公路典型車轍病害

其中出現(xiàn)車轍路段的匯總情況見表1。

表1 平鐘高速公路車轍路段匯總表

3 基于車轍位置處芯樣的性能對(duì)比試驗(yàn)研究

為研究車轍位置瀝青混合料相關(guān)性能的變化規(guī)律，對(duì)平鐘高速公路車轍凹陷位置及隆起位置進(jìn)行鉆芯取樣，其中芯樣1 位于路肩處，以路肩位置芯樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，芯樣2 ～6 分別代表:車轍內(nèi)側(cè)隆起處、內(nèi)側(cè)凹陷處、輪胎間隙隆起處、外側(cè)凹陷處和外側(cè)隆起處［6，7］，芯樣編號(hào)示意如圖3 所示。

圖3 芯樣編號(hào)示意圖

3.1 厚度

3.1.1 上面層厚度分析

測(cè)量各芯樣上面層厚度，如表2 所示。車轍處上面層不同位置芯樣厚度與1 號(hào)芯樣厚度比值如圖4 所示。

從表2 和圖4 的數(shù)據(jù)可知，對(duì)于上面層，內(nèi)側(cè)隆起位置(芯樣2)與外側(cè)隆起位置(芯樣6)的厚度均大于路肩位置芯樣厚度，說明上面層車轍位置的隆起處有瀝青混合料的遷入，厚度增加。

表2 上面層芯樣厚度

圖4 車轍處上面層不同位置芯樣厚度與1 號(hào)芯樣厚度比值

3.1.2 中面層厚度分析

為便于分析，假設(shè)儲(chǔ)罐內(nèi)LNG經(jīng)BOG換熱后完全變?yōu)轱柡蛻B(tài)LNG，分析所需要的LNG過冷度。其中，LNG儲(chǔ)罐內(nèi)壓力為0.3 MPa，對(duì)應(yīng)飽和溫度為-146.6℃。

測(cè)量各芯樣中面層厚度，如表3 所示，車轍處中面層不同位置芯樣厚度與1 號(hào)芯樣厚度比值如圖5所示。

表3 芯樣中面層厚度

圖5 車轍處中面層不同位置芯樣厚度與1 號(hào)芯樣厚度比值

從表3 和圖5 的數(shù)據(jù)可知，對(duì)于中面層，所有芯樣的厚度均小于路肩位置芯樣厚度，說明這一層次是以剪切流動(dòng)和壓密變形為主，所以厚度減薄。

3.1.3 下面層厚度分析

測(cè)量各芯樣下面層厚度，如表4 所示，車轍處下面層不同位置芯樣厚度與1 號(hào)芯樣厚度比值如圖6所示。

從表4 和圖6 的數(shù)據(jù)可知，對(duì)于下面層，所有芯樣的厚度也都小于路肩位置芯樣厚度，說明下面層主要以剪切流動(dòng)和壓密變形為主，厚度減薄，總體變化較小。

表4 芯樣下面層厚度

圖6 車轍處下面層不同位置芯樣厚度與1 號(hào)芯樣厚度比值

3.2 油石比

在車轍病害的形成過程中，集料與結(jié)合料不斷發(fā)生遷移，車轍位置的油石比也會(huì)發(fā)生變化［8］。為了觀察瀝青混合料遷移的情況，對(duì)芯樣進(jìn)行了抽提篩分試驗(yàn)，分別測(cè)定了上面層、中面層及下面層的油石比，各位置與芯樣1 的油石比比值如圖7 所示。

圖7 瀝青面層車轍處不同位置芯樣油石比與芯樣1 的比值

由圖7 可知，上面層油石比有著明顯規(guī)律性，變化呈“W”型，且隆起位置的油石比大于凹陷位置，凹陷位置的瀝青向隆起位置流動(dòng)。中面層的油石比與上面層一樣呈“W”型曲線，但變化沒有上面層明顯。對(duì)于下面層來說，油石比沒有類似上、中面層的變化規(guī)律，說明下面層瀝青混合料油石比的變化比較小。

從3 層的油石比試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，瀝青路面上面層變化最大，中面層次之，下面層最小，說明車輛荷載對(duì)上面層油石比影響最大，對(duì)下面層油石比影響最小。隨著油石比過大，瀝青混合料自由瀝青數(shù)量增多，對(duì)高溫性能起決定性作用礦料之間的嵌擠力會(huì)大大削弱，這時(shí)瀝青混合料容易產(chǎn)生流動(dòng)變形，形成車轍現(xiàn)象。所以，瀝青路面的施工應(yīng)嚴(yán)格控制瀝青混合料的油石比。

3.3 級(jí)配變化規(guī)律

上面層不同位置處芯樣的各篩孔通過百分率的變化規(guī)律，如圖8 所示。

圖8 車轍處上面層不同位置芯樣篩孔通過百分率變化曲線圖

從圖8 可知，上面層不同位置芯樣的級(jí)配呈現(xiàn)明顯的規(guī)律:隆起位置瀝青混合料偏細(xì)，凹陷位置偏粗。由于凹陷位置較細(xì)的部分遷移到了隆起位置，遷入細(xì)料的隆起位置的瀝青混合料細(xì)集料增多，因此級(jí)配偏細(xì);凹陷位置因細(xì)集料缺失，級(jí)配相對(duì)偏粗。

3.3.2 中面層

中面層不同位置處芯樣的各篩孔通過百分率的變化規(guī)律，如圖9 所示。

圖9 不同位置處芯樣中面層各篩孔通過百分率變化曲線圖

從圖9 可知，中面層不同位置芯樣的級(jí)配變化規(guī)律與上面層類似，但其級(jí)配變化沒有上面層級(jí)配變化規(guī)律顯著。

3.3.3 下面層

下面層不同位置處芯樣的各篩孔通過百分率的變化規(guī)律，如圖10 所示。

從圖10 可看出，下面層的級(jí)配變化規(guī)律與上、中面層不同，凹陷和隆起變形對(duì)下面層沒有顯著的影響。

圖10 不同位置處芯樣下面層各篩孔通過百分率變化曲線圖

在車輛荷載的作用初期，隨著細(xì)集料的流失，荷載作用位置級(jí)配變粗，形成的粗骨架對(duì)瀝青混合料的抗車轍能力有利。隨著荷載的持續(xù)作用，細(xì)集料進(jìn)一步流失，粗集料發(fā)生移動(dòng)，將出現(xiàn)較明顯車轍，且威脅到行車安全。因此，應(yīng)設(shè)計(jì)良好的級(jí)配來提高瀝青路面的抗車轍性能。

4 結(jié)論

1)車轍處不同芯樣厚度顯示，上面層變形最大，而中、下面層以壓密變形為主，厚度減薄。

2)車轍處不同位置的芯樣油石比上面層變化最大，中面層次之，下面層最小。車輛荷載對(duì)上面層油石比影響最大，對(duì)下面層油石比影響最小。瀝青用量過大易產(chǎn)生流動(dòng)變形并形成車轍現(xiàn)象。因此，瀝青路面的施工應(yīng)嚴(yán)格控制瀝青混合料的油石比。

3)車輛荷載作用初期，荷載作用處級(jí)配變粗，形成的粗骨架對(duì)瀝青混合料的抗車轍能力有利，但隨著荷載的持續(xù)作用，細(xì)集料進(jìn)一步流失，粗集料發(fā)生移動(dòng)，將出現(xiàn)較明顯車轍，并威脅到行車安全。因此，設(shè)計(jì)良好的級(jí)配是提高瀝青路面抗車轍性能的基礎(chǔ)。

［1］張爭(zhēng)奇，尚同羊，孔 慧，等.基于現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣的瀝青結(jié)構(gòu)層抗車轍性能評(píng)價(jià)方法［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2012，25(5):31－37.

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