張亞娟

（山西省交通建設(shè)工程質(zhì)量檢測中心（有限公司），山西 太原 030032）

0 引言

目前國內(nèi)評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗車轍性能常采用漢堡車轍儀。漢堡車轍儀可以在不同溫度條件下采用板狀試件或圓柱形試件在干式或浸水條件下進(jìn)行試驗(yàn)。以此來分析瀝青路面車轍的成因及瀝青混合料高溫穩(wěn)定性。但現(xiàn)有的試驗(yàn)方法在試驗(yàn)溫度方面存在一些異議，例如：美國科羅拉多州選用40℃、45℃、50℃、55℃的試驗(yàn)溫度，德克薩斯州選用50℃試驗(yàn)溫度[1]，對(duì)比國外一些漢堡車轍試驗(yàn)方法，發(fā)現(xiàn)不同國家和區(qū)域漢堡車轍試驗(yàn)溫度并不相同。因此，本文采用美國漢堡車轍儀在不同溫度下進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)，分析不同溫度下瀝青混合料性能，探討適合的漢堡車轍試驗(yàn)溫度。

1 試驗(yàn)方案

1.1 瀝青混合料的選擇

本文采用4 種不同的瀝青混合料進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)，4 種瀝青混合料分別為：普通瀝青混合料AC-13[2]、改性瀝青混合料AC-13[2]、普通瀝青混合料AC-20[2]、改性瀝青混合料AC-20[2]。根據(jù)瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范典型瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度，選定AC-13 試件厚度為4 cm，AC-20 試件厚度為6 cm。漢堡車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)瀝青路面性能盡可能模擬現(xiàn)場壓實(shí)空隙率，查閱相關(guān)資料及工程實(shí)踐，空隙率暫定為7%。在不同的試驗(yàn)條件下進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)，普通瀝青混合料分別選用50℃、55℃水浴環(huán)境，改性瀝青混合料分別選用 50℃[1]、55℃、60℃[1]水浴環(huán)境進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果綜合分析水和溫度對(duì)漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果的影響。

1.2 試驗(yàn)參數(shù)

a）試驗(yàn)環(huán)境 水浴；

b）試驗(yàn)溫度 50℃、55℃、60℃；

c）加載次數(shù) 20 000 次，（52±2）次 /min；

d）控制最大試件變形 20 mm；

e）加載方式 試驗(yàn)輪寬為 47 mm，荷載重705 N（158 Lb，1 Lb=454 g）。增加或減少砝碼來調(diào)節(jié)載重。

1.3 試驗(yàn)步驟

a）試件安裝 用熟石膏將試件緊緊安裝在試樣盤里。石膏漿按照石膏與水1∶1 的比例進(jìn)行制作。石膏漿作為填充劑，倒入試件與嵌盤之間的縫隙中，與試件等高。試件下面的石膏漿層厚度不能超過2 mm；石膏的凝固時(shí)間最少應(yīng)保證1 h。假如試驗(yàn)使用了其他固結(jié)材料，它應(yīng)該能夠忍受890 N 的荷載而不破裂。

b）旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件或路面鉆芯試件安裝 將高密度聚乙烯模具放入盛樣盤中，將切割后的試件嵌入到模具之間。

c）將裝好試件的盛樣盤放入設(shè)備中，擰緊螺栓并固定好。

d）開啟測試設(shè)備和電腦，打開軟件。

e）填寫工程信息和試驗(yàn)要求。選擇試驗(yàn)溫度，根據(jù)應(yīng)用要求，選擇輸入最大的允許車轍深度和30 min 的預(yù)處理時(shí)間。

f）選擇“自動(dòng)模式”進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)開始后，每個(gè)位移傳感器的讀數(shù)將自動(dòng)為零，軟件操作界面上將會(huì)顯示一個(gè)零值。將碾壓輪輕輕放下，使輪子在試件邊緣，荷載輪壓在車轍試件上面。按動(dòng)開始按鈕開啟試驗(yàn)，水溫達(dá)到試驗(yàn)設(shè)定溫度后，經(jīng)過延遲時(shí)間，試驗(yàn)自動(dòng)開始，當(dāng)試驗(yàn)達(dá)到20 000 次碾壓次數(shù)后或者車轍深度超過設(shè)定的最大車轍深度，試驗(yàn)將停止，軟件將自動(dòng)保存試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

g）抬起輪子，取下試件，清洗水槽、加熱管、輪子和溫度傳感器。使用真空吸塵器吸掉水槽底部顆粒，禁止使用溶劑來清洗水槽。

2 試驗(yàn)結(jié)果

4 種瀝青混合料漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果見表1～表3。

表1 50℃水浴條件下漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果

表2 55℃水浴條件下漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果

表3 60℃水浴條件下漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果

將表1～表3 的數(shù)據(jù)繪制成荷載作用次數(shù)- 漢堡車轍深度的曲線見圖1～圖5。

圖1 試驗(yàn)溫度為50℃條件下漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖2 試驗(yàn)溫度為55℃條件下漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖3 試驗(yàn)溫度為60℃條件下漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖4 不同試驗(yàn)溫度下普通瀝青混合料漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果

圖5 不同試驗(yàn)溫度下改性瀝青混合料漢堡車轍試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

由以上試驗(yàn)結(jié)果可知：

a）在50℃水浴、55℃水浴試驗(yàn)條件下，根據(jù)漢堡車轍深度對(duì)軸載作用次數(shù)的發(fā)展變化規(guī)律，可以看出改性瀝青混合料的高溫抗車轍能力明顯大于普通瀝青混合料高溫抗車轍能力，從蠕變斜率指標(biāo)大小來區(qū)分瀝青混合料的抗車轍能力也可以得出同樣的結(jié)論，可見利用改性瀝青可以提高瀝青混合料的高溫抗車轍能力。對(duì)于密級(jí)配瀝青混合料，公稱最大粒徑并不是影響車轍深度的決定性因素。

b）在50℃水浴條件下，對(duì)于普通瀝青混合料當(dāng)荷載次數(shù)小于11 000 次時(shí)，普通瀝青混合料從車轍深度大小和蠕變斜率指標(biāo)大小都很難區(qū)分其抗車轍能力的好壞，但是隨著荷載次數(shù)的繼續(xù)增加，從剝落斜率的大小和剝落點(diǎn)產(chǎn)生的時(shí)間可以推斷出普通瀝青混合料AC-20 的抗車轍能力略微優(yōu)于普通瀝青混合料AC-13 的抗車轍能力，主要原因是瀝青混合料隨著軸載次數(shù)的增加，在溫度和水的綜合作用下，瀝青混合料開始產(chǎn)生初期水損壞，在動(dòng)水壓力反復(fù)作用下水慢慢滲透到瀝青和骨料接觸面，瀝青和骨料的黏結(jié)強(qiáng)度逐漸被削弱，抵抗車轍的能力開始以瀝青的膠結(jié)強(qiáng)度和骨料的嵌擠強(qiáng)度為主，后逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣橇系那稊D強(qiáng)度來承擔(dān)后期的車轍變形。因此普通瀝青混合料AC-20 的抗車轍能力后期才能顯現(xiàn)出來。

在50℃水浴條件下，對(duì)于改性瀝青混合料，隨著軸載次數(shù)的增加，水、溫度的共同作用下，都表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗車轍能力，很難區(qū)分兩種改性瀝青混合料的優(yōu)劣。

c）在55℃水浴條件下，對(duì)于普通瀝青混合料當(dāng)荷載次數(shù)小于8 000 次時(shí)，普通瀝青混合料很難區(qū)分其抗車轍能力的好壞，但是隨著荷載次數(shù)的增加，普通瀝青混合料車轍深度急劇增大，表現(xiàn)出混合料剪切失穩(wěn)狀態(tài)，迅速出現(xiàn)拐點(diǎn)，瀝青混合料開始剝落，這兩種普通瀝青混合料均產(chǎn)生了嚴(yán)重的水損壞，荷載作用15 000 次，車轍深度達(dá)到20 mm。

在55℃水浴條件下，對(duì)于改性瀝青混合料當(dāng)荷載次數(shù)小于12 000 次時(shí)，改性瀝青混合料很難區(qū)分其抗車轍能力的好壞，其車轍深度發(fā)展趨勢基本一致，但是隨著荷載次數(shù)的增加，改性瀝青混合料AC-20 的抗車轍能力略微優(yōu)于改性瀝青混合料AC-13 的抗車轍能力，主要原因跟普通瀝青混合料的原因相同，只是在改性瀝青的黏結(jié)作用下，推遲了改性瀝青混合料產(chǎn)生水損壞的時(shí)間。

d）在60℃水浴條件下，隨著荷載作用次數(shù)的增加、高溫、動(dòng)水壓力的反復(fù)作用下，改性瀝青混合料經(jīng)歷了初期壓密階段、固結(jié)蠕變階段，瀝青混合料的抗車轍能力急劇下降，車轍曲線很快出現(xiàn)拐點(diǎn)，進(jìn)入剪切失穩(wěn)階段有明顯的水損壞出現(xiàn)。但是整個(gè)過程中改性瀝青AC-13 混合料和改性瀝青AC-20 混合料車轍變形的步調(diào)基本一致，都過早地產(chǎn)生了嚴(yán)重的水損壞現(xiàn)象，荷載作用18 000 次的時(shí)候，車轍深度已達(dá)到最大變形20 mm，從而不能真實(shí)反映瀝青混合料高溫抗車轍能力。

4 結(jié)論

從以上幾點(diǎn)分析可知，水和溫度都是影響車轍深度的重要因素，只有當(dāng)荷載作用次數(shù)足夠時(shí)才能準(zhǔn)確反映瀝青混合料的抗車轍性能。從圖4 中可以看出，55℃的水浴條件對(duì)于基質(zhì)瀝青混合料過于苛刻，瀝青混合料在荷載作用下很快出現(xiàn)嚴(yán)重的水損壞，從而不能真實(shí)反映瀝青混合料的抗車轍能力，也就是55℃水浴環(huán)境不適宜評(píng)價(jià)普通瀝青混合料的抗車轍性能，對(duì)于A 級(jí)道路石油瀝青采用50℃水浴環(huán)境進(jìn)行普通瀝青混合料的漢堡車轍試驗(yàn)比較合適。

從圖5 中可以看出，對(duì)于改性瀝青混合料，50℃水浴條件下，整個(gè)試驗(yàn)階段車轍發(fā)展緩慢，無論AC-13 還是AC-20 均表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗車轍能力，很難分辨兩種混合料的優(yōu)劣，例如當(dāng)荷載作用次數(shù)達(dá)到20 000 次時(shí)，改性瀝青混合料AC-13 的車轍深度為6.37 mm，改性瀝青混合料AC-20 的車轍深度為6.34 mm，兩者的車轍深度相差0.03 mm，數(shù)值非常接近，可以考慮在試驗(yàn)誤差范圍內(nèi)。在55℃水浴環(huán)境下兩者的車轍深度相差1.74 mm，可以明顯分辨兩者的高溫性能。因此如果采用50℃水浴環(huán)境進(jìn)行漢堡車轍試驗(yàn)，評(píng)價(jià)改性瀝青混合料的抗車轍性能具有一定的局限性，如果要準(zhǔn)確分辨兩種改性瀝青混合料的性能，可以考慮適當(dāng)升高試驗(yàn)溫度。但如果采用60℃水浴環(huán)境，改性瀝青混合料較早地產(chǎn)生水損壞，不能真實(shí)反映改性瀝青混合料的抗車轍性能，環(huán)境溫度過于苛刻。因此改性瀝青混合料的漢堡車轍試驗(yàn)采用55℃水浴環(huán)境比較合適。