瀝青混合料高溫抗車轍性能評(píng)價(jià)研究

朱兆勇

摘要： 高溫性能是瀝青混合料最重要的路用性能之一。該文主要采用了馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)、常規(guī)車轍試驗(yàn)和APA車轍試驗(yàn)來評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫性能，并分析3種方法的優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞： 瀝青混合料;動(dòng)穩(wěn)定度;APA車轍試驗(yàn)

瀝青路面在重載作用下造成的車轍、推擁、波浪、擁包等病害使得瀝青路面的路用性能迅速下降，當(dāng)車轍達(dá)到一定的深度，將導(dǎo)致瀝青路面損害。對(duì)于寒冷季節(jié)，路面的抗滑性能將大大降低，影響行車安全。減少和延緩車轍的研究具重要意義。本文主要對(duì)表面層3種級(jí)配進(jìn)行系列試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫性能。

1 集料級(jí)配

3種表面層瀝青混合料級(jí)配： AC-13F、AC- 13C及Sup- 12.5。3種級(jí)配結(jié)構(gòu)如表1所示。

2 瀝青混合料高溫性能試驗(yàn)分析

2.1 馬歇爾試驗(yàn)

大量研究表明，馬歇爾試驗(yàn)在評(píng)價(jià)路面高溫穩(wěn)定性方面存在嚴(yán)重的局限性，僅有很高的馬歇爾穩(wěn)定度并不能保證瀝青路面不產(chǎn)生車轍。

對(duì)3種級(jí)配瀝青混合料在最佳油石比下進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)， 結(jié)果如表2所示。

從各級(jí)配比較來看， 馬歇爾穩(wěn)定度指標(biāo)均滿足規(guī)范要求， 且相差不是很大， 從中較難比較各級(jí)配高溫性能的優(yōu)劣。同時(shí)， 馬歇爾穩(wěn)定度與流值之間的相關(guān)性

不好， 流值小的馬歇爾穩(wěn)定度不一定大。因此， 馬歇爾穩(wěn)定度及流值作為瀝青混合料高溫性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)意義不大， 只適合在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中選擇最佳瀝青用量時(shí)使用。

2.2 常規(guī)車轍試驗(yàn)

車轍試驗(yàn)是一種模擬實(shí)際車輪荷載在路面上行走而形成車轍的工程試驗(yàn)方法。3種級(jí)配車轍試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

從表3可以看出， 表面層采用的改性瀝青混合料，動(dòng)穩(wěn)定度明顯偏大。規(guī)范規(guī)定炎熱地區(qū)高速公路、一級(jí)公路改性瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度不少于2800次/mm，以此來評(píng)價(jià)表3 均滿足要求。

目前動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果存在兩種情況： 一是同一組試件的變異性較大， 相差30%-50% 是比較普遍的; 二是一些改性瀝青的混合料試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度很高，實(shí)際上這樣的試驗(yàn)誤差已經(jīng)很大。因此，采用常規(guī)車轍試驗(yàn)來評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫性能也有一定的局限性。

2.3 APA車轍試驗(yàn)

2.3.1 瀝青路面分析儀APA

美國(guó)SHRP研究計(jì)劃中利用瀝青路面分析儀（APA） 來進(jìn)行高溫（包括浸水）車轍試驗(yàn)， 通過測(cè)定瀝青混合料試件在一定高溫或浸水條件下的永久變形來評(píng)定瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。本文采用APA干法車轍試驗(yàn)， 試件在制作過程中按照要求的空隙率水平來計(jì)算所需的混合料數(shù)量，采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)機(jī)成型圓柱形試件用于試驗(yàn)。成型后實(shí)測(cè)試件空隙率，若不滿足要求，則重新制件。試驗(yàn)時(shí)，為便于與常規(guī)車轍試驗(yàn)及剪切試驗(yàn)比較，干法車轍試驗(yàn)的溫度采用與常規(guī)車轍試驗(yàn)及剪切試驗(yàn)同樣的溫度（60℃）。進(jìn)行APA干法車轍試驗(yàn)時(shí)的荷載采用美國(guó)ASTM 推薦的荷載， 即45kg，此時(shí)輪壓折算為0.69MPa，與常規(guī)車轍試驗(yàn)輪壓0.7 MPa接近。

當(dāng)試驗(yàn)條件確定以后，要求試件成型后在室溫（25℃）下至少保持4h，然后在APA內(nèi)環(huán)境溫度60℃下恒溫2h 后再進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

APA車轍試驗(yàn)運(yùn)行次數(shù)與車轍變形的關(guān)系見圖1。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

式中： δ2 為試件的APA 車轍率（%） ; L為試件運(yùn)行8000次后的變形（mm）;H為試件的高度（mm）。

同樣，可在APA干法車轍試驗(yàn)中，采用類似如常規(guī)車轍試驗(yàn)計(jì)算的方法， 計(jì)算得到APA 車轍動(dòng)穩(wěn)定度。

通過測(cè)量瀝青混合料2000-7000次的變形來計(jì)算APA車轍動(dòng)穩(wěn)定度，主要是基于以下因素考慮：如圖1所示， 2000次以后的APA車轍舍棄了初始階段壓密變形，作用7000次時(shí)瀝青混合料試件沒有結(jié)構(gòu)失穩(wěn);2000-7000次的變形考慮的是瀝青混合料產(chǎn)生車轍變形的穩(wěn)定階段，與常規(guī)車轍考慮1000-3000次或45- 60min時(shí)間有類似之處;一般來說，動(dòng)穩(wěn)定度愈大要求位移傳感器精度愈高。APA車轍產(chǎn)生的變形相對(duì)較大，得到APA車轍動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果一般在800-2000次/mm之間，遠(yuǎn)小于常規(guī)車轍試驗(yàn)動(dòng)穩(wěn)定度，便于傳感器的測(cè)量。因此，APA車轍動(dòng)穩(wěn)定度是評(píng)價(jià)瀝青混合料抗車轍性能較好的指標(biāo)。

常規(guī)的車轍試驗(yàn)與APA車轍試驗(yàn)在試件尺寸、試件成型方式、荷載、荷載輪等條件不同，無法進(jìn)行定量比較。從表4可以看出，APA車轍變形明顯比常規(guī)車轍變形大，3種瀝青混合料在最佳油石比同一空隙率情況下，8000次車轍變形表面層AC-13C 最小，Sup-13次之，AC-13F最大;APA車轍動(dòng)穩(wěn)定度表面層AC-13C最大， Sup-13次之，AC-13F最小;說明瀝青混合料高溫抗車轍性能AC-13C>Sup-13>AC- 13F。車轍率為輪載作用8000次的車轍變形與試件高度的比值。從表4可以得到， 各級(jí)配瀝青混合料車轍率均滿足小于15%的要求， APA8000次車轍變形與車轍率考慮其荷載作用時(shí)間較長(zhǎng)，它們是更為直接的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

瀝青路面分析儀（APA） 車轍試驗(yàn)?zāi)軌蚰M交通荷載的作用，較好地反映實(shí)際路面車轍損害，是一種較好的動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)測(cè)試方法。

3 結(jié)論

（1）馬歇爾動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)與實(shí)際路面的情況的相關(guān)性不好，基本上不能比較各瀝青混合料高溫性能的優(yōu)劣，作為瀝青混合料高溫性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)意義不大，只能在瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中選擇最佳瀝青用量時(shí)使用。

（2）動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)測(cè)量最后15min的微小變形未考慮其前3倍時(shí)間內(nèi)的形變發(fā)展情況。常規(guī)車轍試驗(yàn)時(shí)間普遍太短，時(shí)間不夠，用于評(píng)價(jià)瀝青混合料永久變形性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，采用常規(guī)車轍試驗(yàn)來評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫性能具有一定的局限性。

（3）APA車轍動(dòng)穩(wěn)定度是評(píng)價(jià)瀝青混合料抗車轍性能較好的指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]張登良. 瀝青路面[M] . 北京： 人民交通出版社， 1999.

[2]黃曉明， 朱 湘. 瀝青路面設(shè)計(jì)[ M] . 北京： 人民交通出版社， 2002.

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