瀝青混合料永久變形參數(shù)的取值范圍研究

史紹松

瀝青混合料永久變形參數(shù)的取值范圍研究

史紹松

（重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶 400074）

新規(guī)范JTG D50—2017《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》中增加了瀝青混合料層永久變形的設(shè)計(jì)指標(biāo)。但是在車轍預(yù)估公式中，對(duì)于基本參數(shù)R0卻無法提供施工條件下的永久變形范圍參考值。為了解決這一問題，從瀝青路面永久變形機(jī)理出發(fā)，選取幾種施工常用的瀝青混合料作為研究代表之后，歸納總結(jié)了已有文獻(xiàn)中有關(guān)瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)，制成初步的取值范圍參考表。為以后道路設(shè)計(jì)中永久變形量的選取提供依據(jù)和參考。

瀝青混合料；永久變形；數(shù)據(jù)分析；取值范圍表

1 引言

新規(guī)范JTG D50—2017《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》在舊規(guī)范的基礎(chǔ)上增加了瀝青混合料層永久變形的設(shè)計(jì)指標(biāo)。新規(guī)范要求對(duì)每個(gè)瀝青混合料層進(jìn)行分層，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)條件下的車轍試驗(yàn)和車轍預(yù)估公式，得到各瀝青混合料的車轍試驗(yàn)永久變形量，然后累加各層的永久變形量，最終獲得瀝青混合物的總永久變形量，這其中需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗(yàn)。然而，在設(shè)計(jì)瀝青路面時(shí)，設(shè)計(jì)人員通常不可能對(duì)在施工條件下鋪設(shè)的瀝青混合料層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的車轍試驗(yàn)，從而獲得對(duì)應(yīng)的車轍試驗(yàn)永久變形量，常常通過經(jīng)驗(yàn)取值，沒有可參考的具體范圍。

本文目的主要是統(tǒng)計(jì)和分析現(xiàn)有文獻(xiàn)中有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗(yàn)下各瀝青混合料的永久變形數(shù)據(jù)，從而得到相應(yīng)的取值范圍并通過室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)車轍實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，最后修正得出取值范圍表。進(jìn)一步完善預(yù)估公式中基本參數(shù)的選取，為設(shè)計(jì)人員提供相應(yīng)的參考取值范圍。

2 永久變形數(shù)據(jù)分析

2.1 永久變形機(jī)理

瀝青混合料由礦物骨料和瀝青組合而成。礦物顆粒之間的嵌擠力以及瀝青和礦物材料之間的粘附力賦予瀝青混合物一定的力學(xué)強(qiáng)度。尹峰[1]系統(tǒng)研究了瀝青混合料永久變形的發(fā)展機(jī)理，得出瀝青混合料的永久變形與粘結(jié)力、摩擦阻力的大小，礦物骨料的級(jí)配和瀝青的含量有著不可分離的關(guān)系，同時(shí)也與混合物中瀝青與礦物之間的相互作用以及瀝青本身的附著力有很大的關(guān)系。

2.1.1 結(jié)構(gòu)變形

結(jié)構(gòu)變形指在超過允許強(qiáng)度的一定力施加到瀝青表面層之后包括路基的每個(gè)結(jié)構(gòu)層的永久變形。這種變形很大程度上受結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度的影響。

2.1.2 側(cè)向變形

在日常行車條件下，車輛輪胎反復(fù)對(duì)瀝青路面施加加載，造成的剪切應(yīng)力大于瀝青混合料本身所允許的剪切強(qiáng)度。在重復(fù)載荷下形成流動(dòng)變形并最終形成車轍。

2.1.3 壓密變形

由礦料和瀝青拌和而成的瀝青混合料本身就具有一定的空隙，在車輛多次重復(fù)碾壓之下，瀝青混合料進(jìn)行“二次壓密”，從而厚度減薄，最終導(dǎo)致部分凹陷，產(chǎn)生壓密性車轍。

2.1.4 磨損變形

公路最大的用途是提供車輛行駛的通道，所以避免不了各種車輛輪胎的磨耗，尤其是帶釘鏈的輪胎，對(duì)瀝青混合料造成的磨耗損傷更大，產(chǎn)生永久變形，進(jìn)而形成車轍。

2.2 已有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)

2.2.1 代表瀝青混合料的選取

瀝青混合料按照不同的標(biāo)準(zhǔn)可以分為諸多類型，受時(shí)間、試驗(yàn)條件等綜合影響，本文擬選取一些具有代表性瀝青混合料進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，具體如表1所示。

表1 代表性瀝青混合料的選取

AC-13AC-20AC-25SMA-13 70號(hào)基質(zhì)瀝青√√√ 90號(hào)基質(zhì)瀝青√√√ SbS改性瀝青√√√√

2.2.2 數(shù)據(jù)整理與分析

2.2.2.1 不同級(jí)配

廣義來講，瀝青混合料屬于均相非線性粘彈性介質(zhì)。若深入看待，那么瀝青混合物則是由線性彈性粗骨料和線性粘彈性瀝青砂漿組成的非均質(zhì)材料。路明周[2]選用AC-13和AC-16，整理分析永久變形量數(shù)據(jù)之后發(fā)現(xiàn)，AC-13的試驗(yàn)永久變形量在3.6～4.2 mm之間，AC-16的試驗(yàn)永久變形量在3～6.8 mm之間。綦舉勝[3]對(duì)AC-16和AC-20進(jìn)行了試驗(yàn)分析，整理后發(fā)現(xiàn)，AC-20的永久變形量在2.2～3.8 mm之間，AC-16的永久變形量在1.3～3.06 mm之間。胥吉[4]結(jié)合重慶地區(qū)的實(shí)際情況，選取當(dāng)?shù)夭牧蠈?duì)AC-20、AC-16和AC-13進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)AC-20的永久變形量在3.3～ 4.35 mm之間，AC-16的在3.58～4.1 mm之間，AC-13的在2.55～3.3 mm之間。交通部西部科技項(xiàng)目分題四的研究人員對(duì)AC-13、AC-20和SMA-13進(jìn)行了室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗(yàn)，結(jié)果顯示AC-13的永久變形量在3.31～4.63 mm之間；AC-20的永久變形量在2.77～3.57 mm之間；SMA-13的則在1.19～1.49 mm之間。喻霞[5]通過調(diào)研廣西大修工程，選取AC-25，測(cè)得其永久變形量在4.2～6.0 mm之間。

綜上，相同的瀝青標(biāo)號(hào)制成的混合料由于級(jí)配不同，永久變形量有著明顯的差異。其中，以AC-20為代表的中粒式瀝青混合料的永久變形量總體上要小于細(xì)粒跟粗粒式瀝青混合料的量，這也符合朱洪洲等[6]的研究成果。

2.2.2.2 不同瀝青

瀝青根據(jù)針入度的不同可以分為不同標(biāo)號(hào)瀝青，加入改性劑或纖維后，瀝青的性能也會(huì)有所改變。盧愷[7]制成的AC-16永久變形量在6.733～8.15 mm之間，SBS改性瀝青制成的則在2.236～3.392 mm之間。蔣凱[8]用90號(hào)道路瀝青和SBS改性劑制成AC-16，通過試驗(yàn)得出永久變形量在2.33～3.92 mm之間。根據(jù)以上闡述，瀝青的種類對(duì)于混合料抗永久變形能力有著非常顯著的影響，用改性瀝青制成的混合料永久變形量大都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基質(zhì)瀝青制成的混合料。

2.2.3 數(shù)據(jù)綜合整理

2.2.3.1 變異系數(shù)

變異系數(shù)是用來對(duì)一定量數(shù)據(jù)的變異程度做估算的統(tǒng)計(jì)量。變異系數(shù)無需參照數(shù)據(jù)的平均值，這對(duì)于參照范圍的數(shù)據(jù)來說是一個(gè)很好的準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2.3.2 數(shù)據(jù)分析整理

對(duì)于各類型瀝青混合料永久變形量，將各類型瀝青混合料的變異系數(shù)匯總，如表2所示。

表2 各瀝青混合料永久變形量變異系數(shù)（單位：%）

AC-13AC-20AC-25SMA-13 70號(hào)9.8812.6212.20 90號(hào)18.59.787.14 SBS改性14.99.209.969.20

由表2所知，各瀝青混合料永久變形量的數(shù)據(jù)變異系數(shù)均小于20%，離散程度均較低，準(zhǔn)確度較高，可以作為參考范圍。

3 結(jié)論

通過改性和基質(zhì)瀝青混合料的永久變形量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，改性瀝青制成的混合料永久變形量普遍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于基質(zhì)瀝青制成的混合料，即改性瀝青混合料抗高溫性能要強(qiáng)。

對(duì)于基質(zhì)瀝青而言，中粒式的瀝青混合料永久變形量要小于細(xì)粒及粗粒式的瀝青混合料，細(xì)粒式次之，粗粒式最差；對(duì)于SBS改性瀝青，仍然是中粒式在抗永久變形上要表現(xiàn)的最好，但是粗粒式次之，細(xì)粒式最差。簡(jiǎn)而言之，中粒式的瀝青混合料抗永久變形要比細(xì)粒及粗粒好。

經(jīng)過整合之前的數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，得出參考的瀝青混合料永久變形參數(shù)的取值范圍表，如表3所示。

表3 瀝青混合料永久變形參數(shù)的取值范圍表（單位：mm）

AC-13AC-20AC-25SMA-13 70號(hào)3.3～4.22.4～3.63.3～4.4 90號(hào)1.8～4.53.5～4.53.8～5.8 SBS改性2.3～4.01.2～1.51.3～1.61.2～1.5

［1］尹峰.瀝青路面永久性變形發(fā)展機(jī)理研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2014.

［2］路明周.瀝青混合料高溫抗車轍性能的試驗(yàn)研究［D］.蘭州：蘭州理工大學(xué)，2008.

［3］綦舉勝.基于車轍試驗(yàn)的瀝青混合料高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)研究［D］.呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

［4］胥吉.重慶地區(qū)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2010.

［5］喻霞.廣西大修工程瀝青路面AC-25的材料組成設(shè)計(jì)及性能研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2017.

［6］朱洪洲，黃曉明.瀝青混合料高溫穩(wěn)定性影響因素分析［J］.公路交通科技，2004，21（4）：1-3，8.

［7］盧愷.瀝青混合料車轍試驗(yàn)研究及空隙特征分析［D］.衡陽(yáng)：南華大學(xué)，2017.

［8］蔣凱.SBS改性瀝青混合料水穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)研究［D］.蘭州：蘭州理工大學(xué)，2012.

U414

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.22.021

2095－6835（2020）22－0054－02

史紹松（1996—），男，重慶奉節(jié)人，碩士在讀（碩士），研究方向?yàn)榈缆饭こ滩牧霞皯?yīng)用。

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕