車轍試驗(yàn)分析論文

車轍試驗(yàn)分析論文

　　本文采用瀝青路面分析儀（APA）對(duì)DA混合料和SMA混合料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)條件和重載交通條件下的車轍試驗(yàn)，采用車轍深度指標(biāo)評(píng)價(jià)DA混合料的抗車轍能力及其對(duì)加載水平、加載次數(shù)以及溫度的敏感性，分析瀝青品質(zhì)、混合料級(jí)配類型對(duì)DA混合料抗車轍能力的影響，分析DA混合料與SMA混合料抗車轍性能的差異，進(jìn)而判別DA混合料用于重載交通道路排水性瀝青路面的適應(yīng)性，為排水性瀝青混合料在重載交通路段的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

　　試驗(yàn)材料

　　本研究采用9種瀝青材料。9種瀝青材料的零剪切黏度（60℃）、針入度和軟化點(diǎn)測試值見表1.

　　所用集料分別為10~15mm輝綠巖、5~10mm輝綠巖、0~5mm石灰?guī)r，填料為磨細(xì)石灰?guī)r礦粉。各檔集料與礦粉主要技術(shù)指標(biāo)均符合JTGF40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求。

　　試驗(yàn)方案

　　采用瀝青路面分析儀APA試驗(yàn)分析瀝青混合料的抗車轍能力，試件尺寸為：直徑150mm、高75mm.瀝青混合料采用旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型，標(biāo)準(zhǔn)試件的壓實(shí)次數(shù)參照NCAT設(shè)計(jì)方法取為50.為了分析成型次數(shù)對(duì)DA混合料抗車轍能力的影響，另外還選取75次和100次壓實(shí)次數(shù)作為對(duì)比。APA車轍試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)條件為：溫度60℃；加載水平445N;加載次數(shù)8000次。

　　另外，本文還選用加載水平890N,加載次數(shù)24000次來模擬重載交通條件。瀝青混合料抗車轍能力評(píng)價(jià)指標(biāo)采用車轍深度RD8000.

　　當(dāng)RD8000≤4mm時(shí)，瀝青混合料抗車轍能力滿足AASHTOTP63-03標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　本文的試驗(yàn)方案匯總于表4.采用3個(gè)平行試件同時(shí)進(jìn)行APA車轍試驗(yàn)，得到3個(gè)平行試件車轍深度測試值，取平均值。若某個(gè)試件車轍深度測試值與平均值偏差超過30%,則剔除該測試值后再求平均值。若有2個(gè)試件車轍深度測試值與平均值偏差均超過30%,則該組數(shù)據(jù)無效。

　　試驗(yàn)結(jié)果與分析。

　　材料組成的影響分析當(dāng)溫度為60℃、加載水平為445N、加載次數(shù)為8000次時(shí)，不同材料組成DA混合料車轍深度測試結(jié)果見表5.

　　瀝青品質(zhì)的影響分析

　　表5中方案1數(shù)據(jù)可見，即使采用SBS改性瀝青、高模量瀝青、高黏度瀝青-1~高黏度瀝青-4,DA混合料的車轍深度也超過了4mm,不能滿足AASHTOTP63-03標(biāo)準(zhǔn)的要求。圖1為基于表5方案1數(shù)據(jù)（8組）和表1數(shù)據(jù)擬合得到的DA混合料車轍深度與瀝青零剪切黏度（60℃）的關(guān)系曲線。

　　由圖1可知，DA混合料車轍深度與瀝青零剪切黏度相關(guān)性顯著，隨著瀝青零剪切黏度的提高，DA混合料車轍深度降低。

　　瀝青的膠結(jié)作用是保證DA混合料骨架空隙結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的重要因素，因此在DA混合料中，采用高黏度瀝青顯得特別重要。根據(jù)圖1,要保證DA混合料車轍深度小于4mm,瀝青的零剪切黏度（60℃）不能小于70000Pa·s.級(jí)配組成的影響繪制表5方案2中3種級(jí)配組成DA混合料車轍深度與混合料2.36mm通過百分率（見表2）的關(guān)系圖，結(jié)果見圖2;繪制3種級(jí)配組成DA混合料空隙率（見表3）與混合料2.36mm通過百分率的關(guān)系圖，結(jié)果見圖3.

　　由圖2可知，DA混合料車轍深度隨其2.36mm通過百分率的提高而呈直線減小趨勢(shì)，這似乎有悖于增加粗集料比例可以提高瀝青混合料抗車轍能力的觀點(diǎn)。進(jìn)一步分析圖3可見，隨著2.36mm通過百分率的提高、粗集料的減少，DA混合料的空隙率顯著減小。

　　當(dāng)粗集料比例過高時(shí)，集料之間缺乏足夠的黏結(jié)點(diǎn)，瀝青的黏結(jié)作用被弱化，DA混合料結(jié)構(gòu)整體性不佳，從而導(dǎo)致了其抗車轍能力嚴(yán)重降低。

　　從此角度分析，DA混合料的設(shè)計(jì)空隙率宜在20%左右，而為了保證DA混合料試件的空隙率，礦質(zhì)混合料級(jí)配組成中2.36mm通過率不宜小于16%.

　　試驗(yàn)條件的影響分析

　　在不同的試驗(yàn)條件下，DA混合料車轍深度測試結(jié)果見表6.由表6可知：

　�。�1）在溫度為60℃，加載次數(shù)為8000次條件下，當(dāng)加載水平由445N增加至675N時(shí)，DA混合料（50次壓實(shí)）車轍深度增大1倍左右；在溫度為60℃，加載水平為445N條件下，當(dāng)加載次數(shù)由8000次提高至24000次時(shí)，DA混合料（75次壓實(shí)）車轍深度增大約1倍。

　　（2）在其他條件相同條件下，當(dāng)溫度由60℃提高至70℃時(shí)，DA混合料車轍深度增加1倍左右。

　�。�3）在溫度為60℃，加載水平為445N,加載次數(shù)為8000次條件下，當(dāng)試件壓實(shí)次數(shù)由50次提高到75次再提高至100次時(shí)，DA混合料空隙率由20.3%減低至19.6%再減低至19.2%,車轍深度由3.73mm減低至2.30mm再減低至2.19mm.

　　說明當(dāng)DA混合料達(dá)到一定的密實(shí)狀態(tài)后，繼續(xù)增加壓實(shí)次數(shù)對(duì)降低DA混合料空隙率和車轍深度的作用有限。對(duì)于DA混合料，成型時(shí)采用的壓實(shí)次數(shù)為75次較為合理。重載交通適應(yīng)性分析設(shè)計(jì)合理的SMA混合料是目前公認(rèn)的重載交通道路瀝青上面層的首選材料。本文選擇SMA混合料作為對(duì)照材料，判斷DA混合料的重載交通適應(yīng)性。不同試驗(yàn)條件下SMA混合料車轍深度見表7.比較表6與表7數(shù)據(jù)可知：

　　（1）在相同加載水平、加載次數(shù)和溫度條件下，SMA混合料的車轍深度均小于DA混合料。

　�。�2）在溫度為60℃，加載次數(shù)為8000次的條件下，當(dāng)加載水平由445N增加至890N時(shí)，SMA混合料的車轍深度增加101%,DA混合料（壓實(shí)75次）的車轍深度僅增加54%;在溫度為60℃，加載水平為445N的條件下，當(dāng)加載次數(shù)由8000次延長至24000次時(shí)，SMA混合料的車轍深度增加218%,而DA混合料（壓實(shí)75次）的車轍深度增加123%;在加載水平為445N,加載次數(shù)為8000次條件下，當(dāng)溫度由60℃提高至70℃時(shí)，SMA混合料的車轍深度增加146%,DA混合料（壓實(shí)75次）的車轍深度增加107%.

　　上述分析結(jié)果表明，在本試驗(yàn)條件下，DA混合料抗車轍能力對(duì)加載水平、加載次數(shù)及溫度變化的敏感性均小于SMA混合料。與SMA混合料相比，DA混合料中集料顆粒之間的接觸點(diǎn)較少、嵌鎖作用相對(duì)較弱，又由于試件壓實(shí)次數(shù)較少，在輪載作用的初期混合料結(jié)構(gòu)較不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生變形，如DA混合料在加載8000次時(shí)的變形占到加載24000次時(shí)變形的44.8%,而SMA混合料僅為31.4%.

　　在輪載的持續(xù)作用下，DA混合料集料顆粒的排列進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，嵌鎖作用增強(qiáng)，抗變形能力隨之增大，因而其對(duì)荷載水平和加載次數(shù)的敏感性相對(duì)較小。

　　結(jié)論

　�。�1）由于DA混合料自身具有骨架空隙結(jié)構(gòu)特征，因此必須采用高黏度瀝青、適當(dāng)級(jí)配組成及充足壓實(shí)次數(shù)來保證DA混合料的抗車轍能力。為了滿足重載交通道路的使用需求，DA混合料所用瀝青的零剪切黏度（60℃）應(yīng)大于70000Pa·s,設(shè)計(jì)空隙率宜在20%左右。

　　（2）在相同加載水平、加載次數(shù)和溫度條件下，DA混合料車轍深度略大于SMA混合料；DA混合料抗車轍能力對(duì)加載水平、加載次數(shù)以及溫度的敏感性均低于SMA混合料。

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