靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)與其他車(chē)轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相關(guān)性研究

段叔瑜

(山東建筑大學(xué)，山東 濟(jì)南 250101)

1 不同方法瀝青混合料抗車(chē)轍性能評(píng)價(jià)

1.1 試驗(yàn)材料選擇

試驗(yàn)材料選擇了涵蓋瀝青路面上、中、下面層的11種瀝青混合料，分別為選用SBS改性瀝青制成的SMA-13、采用SBS改性瀝青制成的AC-20、摻加纖維的SBS改性瀝青AC-20、70#瀝青制成的AC-25、50#瀝青制成的AC-25、70號(hào)瀝青制成的ATB-25(1)、70#瀝青制成的ATB-25(2)、50#瀝青制成的ATB-25、30號(hào)瀝青制成的ATB-25、70#瀝青制成的AC-20(1)、70#瀝青制成的AC-20(2)，其中標(biāo)注了(1)或(2)的表示采用的級(jí)配不同。

1.2 單軸貫入強(qiáng)度試驗(yàn)及無(wú)側(cè)限強(qiáng)度試驗(yàn)

依據(jù)JTG D50-2017《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》，通過(guò)一個(gè)遠(yuǎn)小于試件直徑的鋼制壓頭在試件上進(jìn)行加載，試件的直徑為150 mm，高度為100 mm，每種瀝青混合料至少取芯樣4個(gè)。在試驗(yàn)前，試樣需要在60 ℃下保溫6 h。試驗(yàn)過(guò)程中，使用UTM萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)在試件上以1 mm/min的恒定變形速率加載一個(gè)高50 mm、直徑42 mm的圓柱形鋼制壓頭，試驗(yàn)環(huán)境溫度控制在60 ℃。同時(shí)，為了求解瀝青混合料的粘聚力和內(nèi)摩擦角，需要對(duì)試件進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，將試件制成高100 mm、直徑100 mm的圓柱體試件，壓頭的受壓面積為50×50 mm2，在60 ℃條件下保溫6 h。試件在60 ℃環(huán)境溫度下以1 mm/min的恒定變形速率加載直至應(yīng)力-變形曲線出現(xiàn)峰值，峰值作為計(jì)算試件無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度的最大力。

在單軸貫入試驗(yàn)結(jié)果曲線上，取瀝青混合料所達(dá)到的極限荷載P作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)中去峰值作為無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值。進(jìn)一步的根據(jù)以下公式可以分別計(jì)算瀝青混合料的粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ。

Rτ=fτσp

(1)

(2)

式中：Rτ為單軸貫入強(qiáng)度(MPa)；fτ為貫入指數(shù)(0.35)；σp為單軸貫入壓力(MPa)；P為極限荷載(N)；A是加載頭的橫截面積(mm)；對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)取芯試件，其計(jì)算的貫入強(qiáng)度應(yīng)再乘以修正系數(shù)1.15。

(3)

式中，σu為無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)求得的壓應(yīng)力；P′為極限荷載(N)；A是加載頭的橫截面積(mm)。

根據(jù)單軸貫入試驗(yàn)和無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的結(jié)果，根據(jù)以下方程計(jì)算出內(nèi)摩擦角(φ)和粘聚力(C)。

σp1=0.765σp

(4)

σp3=0.087 2σp

(5)

τp1=0.339 0σp

(6)

(7)

(8)

式中：σp1為第一主應(yīng)力；σp3為第三主應(yīng)力；σp為單軸貫入壓力(MPa)；σu為無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)求得的壓應(yīng)力；τ為抗剪強(qiáng)度；c為粘聚力；φ內(nèi)摩擦角。

測(cè)得的單軸貫入及無(wú)側(cè)限抗壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 單軸貫入及無(wú)側(cè)限抗壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.3 漢堡車(chē)轍試驗(yàn)

漢堡輪轍試驗(yàn)作為檢測(cè)瀝青混合料水穩(wěn)定性和抗車(chē)轍性能試驗(yàn)條件最苛刻的設(shè)備之一，能達(dá)到試驗(yàn)結(jié)果與路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試性能結(jié)果的一致性。試驗(yàn)過(guò)程為：試件浸在40 ℃～55 ℃的控溫水浴中，測(cè)試輪試件表面上來(lái)回碾過(guò)規(guī)定的遍數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)?zāi)軠y(cè)出試件在試驗(yàn)輪作用下的變形行為，并可以自動(dòng)畫(huà)出試件的變形深度與碾壓遍數(shù)之間的關(guān)系圖。漢堡車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 漢堡車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果

1.4 靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)

尚無(wú)規(guī)范限定其標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)條件。本次試驗(yàn)采用美國(guó)國(guó)家聯(lián)合公路研究報(bào)告(NCHRP)中推薦的靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)條件40 ℃、0.1 MPa，試件尺寸為直徑×高度=100 mm×100 mm。對(duì)11種混合料提取了截距α、斜率m、流變時(shí)間FT、流變點(diǎn)應(yīng)變S、進(jìn)一步計(jì)算得到s/FT。靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果

3 相關(guān)性分析

對(duì)前文所述的11種瀝青混合料進(jìn)行靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)、單軸貫入強(qiáng)度試驗(yàn)、漢堡車(chē)轍試驗(yàn)，提取了各種試驗(yàn)中的抗車(chē)轍性能指標(biāo)，其相關(guān)系數(shù)如表4所示。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，蠕變斜率m、流變時(shí)間FT與單軸貫入和漢堡車(chē)轍試驗(yàn)指標(biāo)之間的相關(guān)性差，最大相關(guān)系數(shù)不足0.5，相比而言，流變應(yīng)變與流變次數(shù)的比值s/FT與其他指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.7以上。

表4 靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)指標(biāo)與漢堡車(chē)轍及單軸貫入試驗(yàn)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)

4 結(jié) 論

標(biāo)準(zhǔn)條件下，通過(guò)分析11種不同類(lèi)型的瀝青混合料抗車(chē)轍性能指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行了研究，采集了單軸貫入強(qiáng)度試驗(yàn)、漢堡車(chē)轍試驗(yàn)、靜態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)三種不同試驗(yàn)之間的試驗(yàn)指標(biāo)，分析了不同試驗(yàn)指標(biāo)之間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)蠕變斜率m、流變時(shí)間FT與其他指標(biāo)之間的相關(guān)性差，故不能代替其他試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗車(chē)轍性能。而流變應(yīng)變與流變次數(shù)的比值s/FT與其他指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)大于斜率m和流變時(shí)間FT與其他指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)，相比蠕變斜率和流變時(shí)間而言，更適合作為評(píng)價(jià)瀝青混合料抗車(chē)轍性能的代替指標(biāo)。