（道路与铁道工程专业论文）沥青路面车辙成因分析及车辙试验研究.pdf

摘要 随着我国高速公路网的初步形成，沥青路面的早期病害也变得日益严重。特别是轴 载的加重和交通渠化使得车辙成为高速公路最主要的早期病害。车辙在全国范围内都普 遍存在，严重损害了沥青路面的使用性能。因此，防止车辙病害已成为目前亟需解决的 问题。本文重点研究了车辙的形成机理和应用汉堡车辙试验来评价沥青路面的高温抗车 辙性能。 对西户高速公路沥青路面的车辙进行了全面调查，结果显示中面层是车辙发生的主 要层位。对不同车辙深度路段的芯样进行进一步研究发现，油量、级配和空隙率都影响 了车辙的发展，油量偏大和级配偏细是导致西户高速公路车辙的重要原因。通过引入汉 堡车辙试验评价沥青层的抗车辙性能，发现中面层的高温抗车辙性能最差，是整个沥青 面层的薄弱环节。同时分析了不同路段沥青层的抗车辙性能，表明车辙与材料品质和施 工质量有一定的关系。通过计算各因素的灰色关联度，表明车辙变形率对路面车辙深度 的影响最显著。因此，只有通过车辙试验才能客观地评价沥青层的高温抗车辙性能，避 免其它指标的变异导致对车辙成因判断错误。 研究了不同试验条件下的汉堡车辙试验，发现温度、水、试件规格、成型方式、试 件放置时间和抗车辙剂对车辙试验结果都有影响。分析表明，5 0 水浴的试验条件基本 可以评价沥青混合料高温性能，引入车辙变形率指标能更好地评价汉堡车辙试验的结 果。同时圆柱形试件和板状试件的车辙试验结果相关性较好，可以采用路面芯样评价沥 青层的抗车辙性能。 施工质量差是导致沥青路面抗车辙性能不足的重要原因。在对比室内车辙试验结果 和现场路面抗车辙性能的基础上，提出了用汉堡车辙试验评价现场路面高温性能的方 法，为沥青路面施工质量的控制提供依据。 关键词：沥青路面、车辙、车辙成因、沥青混合料、汉堡车辙试验、高温性能 a b s t r a c t w i t ht h ef o r m a t i o no ft h en a t i o n a le x p r e s s w a yn e t w o r k ，p r e m a t u r ed a m a g eo fa s p h a l t p a v e m e n ti si n c r e a s i n g l ys e r i o u s p a r t i c u l a r l y , w i t ht h ea g g r a v a t i o n o fa x i sa n dc a n a l i z a t i o no f t r a f f i c ，r u t t i n gh a sb e c o m e t h ef i r s to n eo ft h ep r e m a t u r ed a m a g ep h e n o m e n o n r u t t i n gc a nb e s e e ne v e r y w h e r ei no u rc o u n t r y , i ts e r i o u s l ya f f e c t ss e r v i c ep e r f o r m a n c eo fa s p h a l tp a v e m e n t s o ，w em u s tt a k et h er u t t i n ga st h em o s te x i g e n tp r o b l e mt os o l v e t h i sp a p e rd i s c u s s e st h e m e c h a n i s mo fr u t t i n gi na s p h a l tp a v e m e n ta n dt h ea p p l i c a t i o no fh a m b u r gw h e e l - t r a c k i n g d e v i c e ( h w t d ) t e s tt oe v a l u a t em eh i g ht e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c e o fa s p h a l tp a v e m e n t t h eo v e r a l li n v e s t i g a t i o no fr u t t i n gi na s p h a l tp a v e m e n to fx i h ue x p r e s s w a yh a v eb e e n c o m p l e t e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ed e p t ho f m i d d l ec o u r s ei sm a x i m u m t h r o u g hf u r t h e r s t u d yo nt h ec o r es a m p l e so fd i f f e r e n ts e c t i o n ss h o wt h a ta s p h a l tc o n t e n t ，g r a d a t i o n a n d v o l u m eo fa i rv o i d sa r ei m p o r t a n tf o rr u t t i n g t h ei m p r o p e rg r a d a t i o no fa g g r e g a t ea n da s p h a l t c o n t e n tf 0 rs u r f a c ec a u s et h es e r i o u sd a m a g eo fr u t t i n g t h eh w t d t e s tr e s u l t ss h o wt h a t m i d d l ec o u r s ei st h ew o r s tf o rl l i g ht e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c ei nt h ea s p h a l tp a v e m e n t a tt h e s a m et i m e ，t h er e s u l t ss h o wt h a tp o o rq u a l i t yo fm a t e r i a la n dc o n s t r u c t i o nc a u s ed a m a g eo f r u t t i n g g r e yc o r r e l a t i o na n a l y s i si n d i c a t e st h a tr a t eo fr u t t i n gi st h em o s ti m p o r t a n tf a c t o rf o r r u t t i n g s o ，h w t dt e s ti s t h eb e s tw a yt oe v a l u a t eh i g ht e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c eo fa s p h a l t p a v e m e n t a n di tc o u l da v o i dm a k i n gm i s t a k ef o ra n a l y s i s i n gm e c h a n i s mo f r u t t i n gb e c a u s e o t h e ri n d e x e ss h o wo b v i o u sv a i a t i o n h w t dt e s tu n d e rd i f f e r e n tt e s tc o n d i t i o na r er e a e a r c h e d r e s u l t ss h o wt h a tt e m p e r a t u r e ， w a t e r , s p e c i m e ns p e c i f i c a t i o n ，m o l d i n gw a y , t i m ea n da n t i r u t t i n ga d d i t i v ea f f e c t r e s u l t so ft e s t a n a l y s i si n d i c a t et h a tt h et e s tc o n d i t i o n sw h i c h t h et e m p e r a t u r ei s5 0 ca n dt h es p e c i m e ni s i nt h ew a t e r c o u l dd i s t i n g u i s hh i g ht e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c eo fa s p h a l tm i x t u r e s t h er a t eo f r u t t i n gi sb e t t e rt oe v a l u a t et h er e s u l t so fh w t d t e s tt h a nt h ed e p t ho fr u t t i n g a tt h es a m e t i m e ，t h er e s u l t so fc y l i n d r i c a ls p e c i m e nw e l lr e l a t e dw i t ht h er e s u l t so fp l a i ns p e c i m e n i t i n d i c a t et h a tt h er u t t i n gt e s to fa s p h a l tp a v e m e n tc o r ec o u l de v a l u a t eh i g ht e m p e r a t u r eo f a s p h a l tp a v e m e n t p o o rq u a l i t yo fc o n s t r u c t i o nc a u s ep o o rh i g ht e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c eo fa s p h a k p a v e m e n t b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h er e s u l t so f a c t u a lp a v e m e n ta n dl a b o r a t o r yr u t t i n gt e s t ， t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dh w t d t e s ta sam e t h o df o re v a l u a t i n gh i g ht e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c e o f a s p h a l tp a v e m e t a n di tc o u l dp r o v i d ea b a s i sf o rq u a l i t yc o n t r o lo fp a v e m e n tc o n s t r u c t i o n k e y w o r d s ：a s p h a l tp a v e m e n t ；r u t t i n g ；m e c h a n i s mo fr u t t i n g ；h o ta s p h a l tm i x t u r e ； h a m b u r gw h e e l t r a c k i n gd e v i c et e s t ；h i g ht e m p e r a t u r ep e r f o r m a n c e i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： n。 翻芬辱 砷8 年月日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 匏净 l 导师签名：书 狮8 年月2 - 日 矽甜年乡月2 ，e l 七一7 1 r 、6 1 1 问题的提出及研究意义 第一章绪论弟一早三百t 匕 从1 9 8 8 年中国大陆第一条高速公路正式通车到现在，中国的高速公路建设取得了 举世瞩目的成就。自“十五以来共新增高速公路里程3 2 7 万公里，到2 0 0 7 年年底， 全国高速公路通车总里程达5 3 万公剧1 1 ，位居世界第二位。由于沥青路面具有行车舒 适、噪声低、建设速度快、养护方便等优点，因此在高速公路建设中基本上采用沥青路 面。资料显示，美国高速公路中约9 3 为沥青路面，日本约占9 4 ，而在我国已建成的 高速公路中有9 5 以上采用沥青路面【2 】。 沥青混合料作为一种典型的粘弹性材料，力学性质随温度的变化而变化，沥青路面 在不同的温度区间，会出现不同类型的路面病害。车辙等沥青路面的流动变形是国际上 最常见的沥青路面损坏现象，上世纪七十年代美国的调查表明：在州际和主要公路上车 辙所致的路面损害约占3 0 ；八十年代日本的调查表明：由于车辙所引起的路面损害高 达8 0 3 , 4 1 。 在我国，随着高速公路路网的形成，车辆实行严格的渠化交通后，车辙也逐渐成为 沥青路面的主要病害。资料显示，全国许多高速公路均出现了不同程度的车辙损坏。在 福建，1 9 9 7 年1 2 月建成通车的某高速公路，使用一年后部分路段即发现出现车辙现象； 在辽宁，1 9 9 8 年通车的某高速公路2 年后就出现了较严重的车辙；在河北，1 9 9 9 年1 0 月通车的某高速公路，2 0 0 0 年7 月就出现了断断续续的车辙；在广东，2 0 0 3 年通车的 某高速公路一年后也出现了明显的车辙。近年来，陕西省修筑的几条高速公路均出现了 较严重的车辙，有些路段通车1 个月或半年后的第1 个夏季的高温期就产生深度为 1 0 m m - - - 5 0 m m 的车辙，有的甚至达l o o m m 以上，使路面平整度变差，并很快出现网裂、 坑洞、坑槽等病害。特别是2 0 0 3 年夏季，由于连续高温天气，陕西省的铜黄高速公路、 西安北绕城高速公路通车2 年就出现了车辙，最严重的车辙深度达1 4 c m ，就连公认质 量较好的西三公路局部路段也出现了车辙【 】。 与开裂、水损坏相比，车辙的危害性最大，直接威胁交通安全。同时，车辙损坏的 维修最为困难，因为车辙不仅发生在表面，也经常危及中下面层。车辙的出现会使路面 使用性能大大降低，严重影响路面的使用质量和服务寿命，具体表现为：影响了路面 的平整度，导致行车舒适性降低；使轮迹带沥青层厚度减薄，降低了面层以及路面结 第一章绪论 构的整体强度，也由此进一步引起裂缝、坑槽等其它路面破坏；存在较大辙槽的路段， 车辆变向难以控制；雨天时路表排水不畅，行驶车辆易发生漂滑而影响高速行车的安 厶【2 】 士o 国外认为当行车道车辙深度达到1 5 m m 一2 0 m m 时，则认为路面已经损坏【3 1 。若按 国外的标准，我国很多通车不久的高速公路都面临维修或改建。车辙的危害之大、增长 速度之快是我们始料不及的。因此，必须进行广泛的车辙病害调查，分析车辙成因及形 成机理，通过有效的车辙试验方法提出现场车辙控制指标和合理的车辙防治措施，为今 后的公路建设监控沥青路面的施工质量提供依据，保证路面具有良好的高温抗车辙性 能。 1 2 国内外研究现状 ( 1 ) 沥青路面车辙问题研究回顾2 , 5 , 9 - 1 8 】 1 9 6 0 年以前，对沥青路面的车辙问题研究很少，当时美国采用的路面设计方法是使 用经验方法来估计路面的抗剪切性能，通过控制c b r 值来确保土基不发生整体性剪切 破坏。由于当时的交通量小、重载车辆少、沥青面层薄，车辙不是主要的病害，因此没 有引起重视。 1 9 6 2 年的第一届国际沥青路面结构设计会议上，s h e l l 公司提出第一个同时考虑 疲劳和车辙的路面结构设计方法，该法通过限制土基顶面的竖向位移来控制车辙。在以 后多年里，路基顶面压应变和传统的马歇尔设计指标一起成为控制车辙的主要指标。 1 9 7 2 年的第三届国际沥青路面结构设计会议上，b a r k s d a l e 和r o m a i n 提出了一种用 于预估柔性路面车辙的方法一层应变法。该方法基于线性或非线性弹性理论，综合考虑 了轴载、温度和湿度等条件的影响。 1 9 7 7 年的第四届国际沥青路面结构设计会议上提出了一些新的考虑车辙的设计方 法。比较有代表性的有：f i n n 采用回归方法得出了统计型的车辙预估模型；k n i s 应用粘 弹性理论建立了塑性应变和应力、温度、荷载时间、湿度之间的关系。 1 9 8 2 年的第五届国际沥青路面结构设计会议基本上未对车辙预估提出新的成果， 1 9 8 2 年之后，发表了一系列关于柔性路面中车辙的预估以及轮载和胎压对路面层内应 力、应变的影响的论文，研究主要是关于材料性能的描述和沥青路面车辙预估模型的建 立，其方法限于粘弹塑性和经验的方法。 1 9 8 7 年的第六届国际沥青路面结构设计会议上，e c k m a n n 的研究结合了动态蠕变试 2 长安大学硕上学位论文 验和层应变法对足尺试验路的车辙进行了预估，预估模型和现场测定结果表现出良好的 吻合性。e i s e n m a n n 和h i l m e r 研究了轮载和胎压对沥青路面中车辙量的影响，他们使用 不同的轮载、胎压和轮组进行了足尺试验，直接测定车辙量，并用衰退分析法分析了不 同试验条件的影响。 1 9 9 3 年，美国战略公路研究计划( s h r p ) 提交了a 3 1 8 和a 4 1 5 两篇研究报告，在 对现有沥青混合料高温特性试验方法进行评价的基础上提出了新的试验、评价方法，并 试图根据新的破坏模型和车辙预估模型编制计算机软件进行车辙深度预估。 、 2 0 0 6 年第十届国际沥青路面设计会议上，探讨车辙问题的研究很多。b e r k e l e y 大学 m o n i s m i t h 再次提出简单剪切试验( r s s t ) 可以有效评价沥青混合料抗剪性能，并可以据 此建立正确的车辙预估方法。n o r w a y 的l n v a r h o r v l i 等讨论了集料质量对车辙的影响， 发现集料的最大粒径以及细集料的粗糙度对沥青混凝土的永久变形均有显著影响。加拿 大的l u d o m i r 等发明了一种简单的车辙性能评价试验s i m p l ep e r f o r m a n c et e s t ( s p t ) ，并 利用s p t 和加速加载试验结果对a a s h t o 2 0 0 2 的车辙预估方法进行了验证，与 a a s h t o 的结果有一定出入，提出对室内模型进行现场修正是非常必要的。 我国对沥青路面车辙的研究起步较晚，2 0 世纪8 0 年代末期林绣贤、许志鸿等人结 合“七五国家重点攻关项目“半刚性基层沥青路面研究 对西安、上海、惠州等地实 体工程的沥青面层材料进行了单轴压缩蠕变试验，测量了材料在不同时间和温度下的应 变，并分析了不同类型混合料的应变累计规律及抗高温变形性能，结果认为以单轴蠕变 试验曲线评价沥青混合料的抗车辙性能直观、方便，但静载压缩蠕变试验的加载方式与 实际行车荷载存在静动作用的差异，应使用动态修正系数予以修正。 1 9 8 8 年徐世法等人在分析沥青混凝土路面永久变形时，根据粘弹性层状体系理论计 算路面内的应力、应变，提出了沥青混凝土路面车辙的“四单元五参数 模型。同时提 出了以粘性劲度模量作为评价沥青路面车辙的标准，并从材料组成、性能及路面结构三 方面探讨了影响沥青路面抗车辙能力的关键因素。 2 0 世纪9 0 年代初李一鸣、俞建荣等人结合“七五国家重点攻关项目“单家寺稠 油沥青混合料抗车辙能力及变形规律”从力学的观点分析了车辙的形成机理，提出采用 横向流动动力参数k 积分反映沥青混合料的抗车辙性能。 西安公路交通大学在“八五”国家科技攻关专题研究中进行了沥青路面车辙预估模 型的研究，以弹性层状体系理论和流变学模型分析为基础，结合沥青混合料的变形特性， 提出了包括层减薄量和侧向隆起高度的车辙深度预估模型。通过和试验路实测车辙比 第一章绪论 较，认为能达到较好的效果。 ( 2 ) 室内与现场路面车辙研究 英国t r l 的n u n n 等人对5 1 条主干道路车辙平均发生率与沥青混凝土层厚度之间 关系进行了调查，调查发现，薄沥青混凝土层路面更易发生车辙，当沥青混凝土层厚 1 8 0 m m 时，车辙率较高；当沥青混凝土层厚 1 8 0 m m 时，车辙发生率出现了突变，比前 者小2 个数量级；沥青混凝土层厚超过2 0 0 m m 时，车辙发生率较小。此外，n u n n 等人 对沥青混凝土层厚度超过2 0 0 m m 的路面车辙进行分析，发现厚沥青混凝土层路面车辙 仅限于表面层几厘米内，即没有出现结构性的永久变形【5 】。 1 9 9 4 年，a s c h e n b r e n e r 等人采用汉堡车辙仪( h w t d ) 进行试验，并首次明确了现 场试验方法，指出h w t d 可以用于区别不同混合料的高温性能和抗水损害能力。缺点 是：局限于特定的混合料，结合料类型没有考虑在内【1 9 1 。 1 9 9 9 年，w i l l i a m s 等通过分析室内车辙试验结果与西部环道w e s t r a c k 沥青路面永 久变形性能的相关性，评价了3 种室内车辙仪a p a 、h w t d 和f r t 预估沥青混合料抗 永久变形的可靠性。分析结果表明：车辙仪a p a 、f r t 和h w t d 所测得的车辙试验指 标与试验路实际车辙深度的相关性分别为8 9 9 、8 3 4 和9 0 4 ，由此认为可以将车辙 试验用于沥青混合料设计并用于混合料永久变形性能的评价【2 0 1 。 2 0 0 2 年，b a n d 等人通过对不同沥青和集料组成的混合料进行汉堡车辙试验，指出 其结果可以预测沥青路面的早期破坏，缺点是没有搜集足够多的现场资料【2 l 】。 2 0 0 6 年，q i n gl u 等人通过室内试验结果和现场路面性能进行对比，分析了汉堡车 辙仪用于评价沥青混合料的抗水损害能力和观测路面性能的有效性，指出要得到满意结 果必须搜集大量的现场路面性能数据，并对室内试验结果进行校正【2 2 】。 9 0 年代中期孟书涛等人结合八五国家重点攻关项目“半刚性基层沥青路面加速加载 试验研究对半刚性路面的永久变形进行了研究，发现半刚性基层沥青路面变形主要发 生在沥青层内，雨水是导致车辙变形的重要因素，因此应重视沥青混凝土的组成设计【2 3 1 。 本世纪初重庆公路科研所利用室内环道设备对三种不同路面结构进行了加速加载 试验，结果表明无论是半刚性基层还是柔性基层车辙变形主要局限于沥青层内，并且柔 性基层路面的永久变形略小于半刚性路面【1 0 】。 徐伟、张肖宁等人对广东省某条高速公路车辙病害进行了调查，对路面车辙与桥面 钠装、跨线桥下路面车辙对比，发现不同路段的路面车辙变形主要来源不同，有的路段 源自上面层过量的变形，有的源自中面层，也有路段是由于下面层混合料的抗变形能力 4 长安大学顶十学位论文 不足引起【2 4 】。 梅廷义、刘斌等人对已通车2 年的某高速公路和已通车6 年的某高速公路发生车辙 路段进行调查测试与室内芯样测量分析，结果表明，车辙深度较深( 大于6 0 m m ) 时， 上、下面层均发生了较大的变形，且下面层的压缩变形率大于上面层；当车辙深度较浅 ( 小于4 0 r a m ) 时，下面层的压缩变形率小于上面层。就对车辙的贡献率或者在形成车 辙中所占的份额而言，上面层约占3 0 左右，下面层约占7 0 左右【2 5 1 。 黄晓敏等人通过对某一高速公路沥青路面的调查与室内试验分析，对车辙发生的规 律和时间进行了分析与研究。调查分析结果表明，沥青路面不同层位的车辙贡献量也不 同，不同表面层在相同荷载作用下的总车辙量基本相同，同时表面层的厚度变化也较小， 说明沥青路面的车辙主要发生在中面层。室内试验表明，沥青路面的车辙与环境温度关 系极大，尤其是在沥青的软化点附近，动稳定度和总变形量有明显的拐点。因此，在高 温季节通过控制一定时间区段重车的通行是减少车辙的主要手段之一【2 6 1 。 为了防治日益严重的车辙病害，国内各个省份都结合本省情况，进行了大量的调查 研究，但由于国产车辙仪对试验样品规格的严格限制( 3 0 x 3 0 5 c m 的板块状试件) 使 其不可能进行大量的现场取样，难以在各影响因素与车辙深度之间建立定量的关系，所 以大多数调查结论基本上是基于少量车辙试验而得出，这些调查结论的普遍性和客观性 值得商榷。 从现场路面取样进行室内材料组成分析和车辙性能分析是研究沥青路面车辙成因 的重要环节，而汉堡车辙试验系统可以采用现场路面钻取的圆柱形试件进行车辙试验， 因此可以从路面大量取样在室内进行车辙性能评价，使得汉堡车辙仪在分析沥青路面车 辙成因和评价沥青混合料高温性能方面具有独特的优势。 分析可知，车辙已成为最主要的沥青路面损坏现象，但目前我们还难以完全解释车 辙的成因，试验采用什么方法，什么指标能与路面所发生的车辙有最好的关联也没有达 成共识。本文将通过陕西省高速公路的车辙病害调查和室内汉堡车辙试验来研究沥青路 面产生车辙的内在原因，并提出防治车辙的建议。 1 3 主要研究内容 本文通过调查西户高速公路通车四年后的车辙状况来研究沥青路面的车辙成因，并 对现场所钻取的芯样进行室内试验研究，进一步分析车辙形成的机理，同时通过室内汉 堡车辙试验分析试验条件对车辙试验结果的影响，主要研究内容如下： 第一章绪论 ( 1 ) 西户高速公路车辙病害调查 制定合理的调查方案，调查西户高速公路全路段的车辙病害，并选取车辙优、良、 差的路段钻取圆柱形芯样进行试验研究。 ( 2 ) 基于汉堡车辙试验的车辙成因分析 在分析路面芯样的空隙率、沥青含量和级配的基础上进行芯样的汉堡车辙试验，并 建立芯样性能指标与路面实际车辙深度的关系。 ( 3 ) 室内汉堡车辙试验研究 通过改变试验条件对汉堡车辙试验进行研究，分析汉堡车辙试验的影响因素，研究 汉堡车辙试验评价沥青混合料抗车辙性能的适用性，同时分析目前常用抗车辙剂对提高 沥青混合料高温性能的效果，为实际工程路面新材料的应用提供依据。 ( 4 ) 汉堡车辙仪评价现场路面抗车辙性能的可行性研究 通过从拌和站现场取料进行国产车辙试验和现场路面钻取圆柱形芯样进行室内汉 堡车辙试验来分析汉堡车辙仪评价现场路面抗车辙性能的可行性。 6 2 1 研究方案 第二章研究方案与原材料技术性能 2 1 1 具体研究方法 为了分析沥青路面的车辙成因和评价沥青混合料的高温抗车辙性能，本文将分为两 大部分进行研究： ( 1 ) 沥青路面车辙病害调查及车辙成因分析 制定合理的调查方案，对西户高速公路车辙病害进行调查。调查内容包括交通量、 地质条件、气候条件、路面结构、路面材料和全线的车辙病害情况。 选择典型路段开挖车辙断面和钻取芯样，钻取芯样的位置主要是路肩处、超车道 车辙处、行车道车辙处和隆起处。 室内测量路面芯样的各种指标，包括各层的厚度、毛体积密度、最大理论密度、 油量和级配等。 芯样的汉堡车辙试验，把路面芯样分层切割，两个为一组进行车辙试验，试验条 件统一为5 0 。c 水浴。试验模子的高度为6 c m ，一般情况下上面层需要垫2 c m 的垫块， 中面层垫l c m 的垫块。 ( 2 ) 室内车辙试验研究 选用a c 一1 3 和a c 一2 0 两种混合料类型，基质和改性两种沥青进行室内汉堡车辙 试验。试验条件为：5 0 水浴、6 0 水浴和6 0 空气浴。 改变试件规格和成型方式进行车辙试验。对不同厚度的试件，板状试件和圆柱形 试件，以及不同放置时间的试件进行车辙试验，试验条件为5 0 。c 水浴。 掺加不同抗车辙剂的车辙试验。抗车辙剂包括国产海川车辙王、法国p r p l a s t s 、聚酯纤维，试验条件为6 0 水浴。 现场取样进行室内国产车辙试验，室内汉堡车辙模拟试验和路面芯样的汉堡车辙 试验。 2 1 2 试验方案 在本文的研究中主要进行以下几方面的试验： ( 1 ) 原材料性能测试 集料的物理力学指标测试 第二章研究方案与原材料技术性能 包括：视密度、毛体积密度等。 沥青常规指标测试 包括：针入度、1 5 ( 2 延度、5 延度、软化点、闪点、密度、针入度指数等。 沥青结合料布氏旋转粘度试验( r ( 2 ) 沥青混合料试验 马歇尔试验 旋转压实试验 沥青混合料中沥青含量试验( 燃烧法) 国产车辙试验 汉堡车辙试验 2 2 原材料技术指标 2 2 1 沥青 本研究针对课题所在地区常用的沥青种类和标号，选择一种基质沥青和一种s b s 成品改性沥青进行试验，沥青的基本技术指标试验主要参考公路工程沥青及沥青混合 料试验规程( 2 0 0 0 1 0 0 1 实施) ( j t g 0 5 2 2 0 0 0 ) 进行，按照规范要求测试相应技术 参数，试验结果如表2 1 。 表2 1 沥青基本指标 试验项目单位中海3 6 1 s k s b s 密度( 1 5 )g c r r d 1 0 0 4 81 0 3 1 针入度( 2 5 ，5 s ，1 0 0 9 ) 1 1 0 m m8 66 9 软化点( 环球法) 4 5 57 5 延度( 1 5 ( 2 ，改性沥青5 ，5 c m m i n ) c m 1 5 04 2 闪点 2 7 22 9 8 针入度指数p i 值 一0 9 9 1- 0 0 3 2 薄膜加热 质量损失 0 0 40 0 8 试验 针入度比 7 6 36 5 ( 1 6 3 ， 延度( 1 5 ，改性沥青5 5 h ) c m 1 5 0 2 3 ，5 c m m i n ) 根据试验所得的基础数据，可知中海3 6 19 0 # 沥青能满足公路沥青路面施工技术 规范( j t gf 4 0 2 0 0 4 ) 中相应a 级沥青的技术指标要求，s b s 改性沥青各项指标均达 长安大学硕上学位论文 到公路沥青路面施工技术规范( j t gf 4 0 - - 2 0 0 4 ) 中改性沥青i c 沥青的规定要求。 本文采用美国b r o o k f i e l dd v i i + 型旋转粘度计测试了基质沥青的粘度，作 为后期沥青混合料试验时拌和压实温度确定的依据，试验具体的试验操作参考公路工 程沥青及沥青混合料试验规程( 2 0 0 0 1 0 0 1 实施) t0 6 2 5 2 0 0 0 沥青布氏旋转粘度试 验( 布洛克菲尔德粘度计法) 。具体的粘度数据和粘温曲线如表2 2 和图2 1 所示。s b s 改性沥青根据厂商推荐温度值进行沥青混合料的试验，拌和温度为1 8 0 。c ，压实温度为 1 6 0 。 表2 2 中海3 6 1 沥青拌和、压实温度确定 转子型号转速( r r a i n ) $ 2 1 5 05 05 0 温度( ) 1 3 51 5 01 6 0 平衡时间( m i n ) 3 03 03 0 粘度( p a s )粘度( p a s )粘度( p a s ) 1 0 3 9 7 0 2 0 50 1 4 1 20 3 9 80 2 0 50 1 4 1 30 3 9 80 2 0 50 1 4 1 平均值0 3 9 80 2 0 50 1 4 1 拌和温度范围( ) 1 5 21 5 81 5 5 中值 压实温度范围( ) 1 4 11 4 61 4 4 c b 山 刨 摇 o 1 实测粘度* 拌和上限 一 十拌和下限* 卜压实上限 一 - - - o - - - 压实下限指数( 实测粘度) 一 。 、j ，、， - ! 一 一- v ，一_ r 产。一。 7 、 7 、 一-7 卜 -“ 一_ 1 3 01 3 51 4 0 1 4 5 1 5 01 5 51 6 01 6 5 温度( ) 图2 1 中海3 6 - 1 沥青拌和、压实曲线 2 2 2 粗、细集料和矿粉 粗、细集料的基本技术指标试验主要参考公路工程集料试验规程( j t j 0 5 8 - 2 0 0 0 ) 进行，按照规范要求测试相应技术参数。研究用的集料取自陕西西户高速公路大修施工 9 第二章研究方案丁原材料技术性能 段现场，粗、细集料为角闪岩，矿粉为磨细石灰石。粗、细集料及矿粉密度试验结果如 表2 3 表2 5 。 表2 3 细集料及矿粉试验结果 粒径( n 1 1 1 1 ) 矿粉 0 0 7 5 0 1 50 1 5 o 3o 3 o 6 0 6 1 1 81 1 8 2 3 6 2 3 6 _ 4 7 5 视密度( c i n 3 ) 2 7 0 42 8 3 42 8 0 02 7 9 1 2 7 8 8 2 7 9 82 7 2 9 表2 4 粗集料试验结果 粒径( m m ) 4 7 5 - 9 59 5 1 3 21 3 2 1 6 o1 6 0 1 9 019 0 2 6 5 毛体积密度 2 6 8 22 7 0 92 7 1 42 7 4 82 8 0 6 ( g c m 3 ) 视密度( g c m 3 ) 2 7 5 62 7 5 22 7 5 42 7 7 42 8 2 5 表2 5 矿粉试验结果 指标岩石类型 亲水系数 含水量( ) 密度( g c m 3 ) 矿粉石灰岩 0 50 _ 32 7 0 6 2 2 3 抗车辙剂 根据目前路面上应用比较广泛的抗车辙剂类型，本文选用国产海川车辙王、法国 p rp l a s t s 、聚酯纤维进行车辙试验研究，具体技术性能如表2 6 和表2 7 。 表2 6 抗车辙剂技术性能 车辙荆种类外观颜色尺寸m m熔点 密度g c m 3 海川车辙王颗粒状、黑色 约61 5 0 左右0 9 2 o 9 6 法国p rp l a s t s 颗粒状、黑色 约41 4 0 1 5 00 9 1 - 0 9 7 表2 7 聚酯纤维技术性能 线密度当量直径断裂强度断裂强力断裂伸长率 技术指标 ( d t e x ) ( p m ) ( c n d t e x ) c v ( )( ) 测鼍值 4 6 92 0 8 0 3 9 8 ( 5 5 0 m p a ) 6 9 83 8 4 1 0 长安大学倾 ：学位论文 2 3 沥青混合料试验 2 3 1 马歇尔试验 本文在进行沥青混合料最佳沥青用量确定时，采用马歇尔法，机械双面击实7 5 次， 测试仪器为江苏无锡华南实验仪器有限公司制造的m d j i i 型马歇尔电动击实仪。重锤 落差为4 5 7 m m ，击实速度为6 0 次m i n 。本文的主要目的在于研究沥青混合料的高温抗 车辙性能，所选择的级配为陕西省工程实际运用中的成熟级配，选择a c 一1 3 、a c 2 0 两 种混合料类型进行试验研究。试验所用级配组成如表2 8 和表2 9 所示。 表2 8a c 1 3 级配 筛孔尺寸( m m )级配范围( )级配中值( )设计级配( )筛余( ) 1 61 0 01 0 01 0 0 1 3 29 0 一1 0 09 59 5 64 4 9 56 8 8 57 6 57 2 7 2 2 9 4 7 53 8 6 85 34 0 43 2 3 2 3 62 4 5 03 73 01 0 4 1 1 81 5 3 82 6 51 9 41 0 6 0 61 0 2 81 91 4 5 4 9 0 37 2 01 3 51 0 34 2 o 1 55 1 51 08 12 2 0 0 7 54 865 13 矿粉 5 1 表2 9a c 2 1 1 级配 筛孔尺寸( m m )级配范围( ) 级配中值( )设计级配( )筛余( ) 2 6 51 0 01 0 01 0 0 1 99 0 1 0 09 5 9 8 21 8 1 67 8 9 28 58 8 o1 0 2 1 3 26 2 8 07 1 7 6 01 2 0 9 55 0 7 26 16 2 8 1 3 2 4 7 52 6 5 64 13 9 52 3 3 2 3 6 1 6 4 4 3 02 7 81 1 7 1 1 8 1 2 3 32 2 51 8 59 3 0 68 2 41 61 3 15 4 0 35 1 7l ll o 13 0 0 1 54 1 3 8 58 31 8 0 0 7 53 755 72 6 矿粉5 7 第。章州咒方宰o ，蠓柑 * 术 j | _ 能 根抓马歇尔试验确定的最佳沥青用量如表21 0 ，在后而的试验。”各种类型的沥青混 合料都是在最佳澌青用量的条件f 成型试件( 板状试件和s g c 圆柱形试件) 进行车辙 试验研究。 表21 0 沥青混合料的最佳沥青用量 沥青混台 o a c ( 油 毛体积相 守隙率矿料问隙沥青饱和 稳定度流值 料类型 石比) ( )对密度( ) 率r )度f 1 ( k n )( n u n ) 38 81 43 61 23 基质2 5 青 1 43 改性澌青 441 26 基质沥青 24 6 01 352 9 l 改性沥青 2 32 旋转压实试验 目前s u p e r p a v e 的旋转压实成型方法己为广大单位所认知与采用，美国、加拿大等 欧美国家在试验与施工中大都采用了旋转压实仪成型试件。由于我国目前人部分车辙试 验的试件还是存运用轮辗法成型，为了更深入的研究不同成型方式对沥青混舍料高温性 能研究的影响，本文采用了用t r o x l e r4 1 4 0 型旋转压实仪( 如图2 2 所示) 成型试件， 与板状试件做对比研究。 旋转压实仪通过旋转的滚轴对试件的揉搓作用来模拟汽车在沥青路面上行驶时轮 胎对路面的作用效果。根据交通量等级确定设计压实次数n d 。和晟太雎实次数n 瞰，在 设定的工作条件( 垂直压力6 0 0 k p a ，旋转角度1 2 5 度，旋转速度3 0 r p m ) 和设计压实 次觜n 拈下，通过对混合料的反复搓揉作用成型试件。本文拟采用相同的设计压实次数 即n d 。= 1 0 0 次。 口 h2 2 r r o x l e r4 1 4 0 型旋转雎实仪 圈 融前 鬻一一 腻面破 k 立人学坝i 学位论丘 2 33 燃烧法测定沥青含量试验 燃烧法是一种新型测试沥青古量的方法，目前燃烧法沥青含量测试仪是根据美国国 家沥青技术中心( n c a t ) 制定的规范( a s t md 6 3 0 7 9 8 、a a s h t ot 3 0 8 9 9 ) ，开发研 制的。燃烧法具有产生沥青烟气少、测试时间短和可连续测试的优点。现在应用广泛的 溶剂抽提法，由于使用有毒化学溶剂，测试时日j 长，无法适应搅拌站大批量连续生产。 因此，基于对环境的保护, f n a _ 作人员健康的关注，燃烧法作为一种简单的方法在国内得 到了越柬越广泛的应用。 本文利用f 1 3 ： r s - 6 型沥青含量测试仅测定从现场路面钻取芯样的沥青含量，对路面 产生车辙的原因进行深入的分析，其工作原理是：将加热搅拌后已知重量的沥青混合料 放入高温燃烧室内燃烧，燃烧生成的沥青烟气经过过滤后排出。在燃烧过程中天平实时 称量沥青混合辩，计算沥青燃烧损失的重量，而后实时计算出沥青的百分比含量、油石 百分比。 图2 3i t y r s - 6 型沥青含量测试仪 2 34 国产车辙试验 由于马歇尔稳定度和流值与路面长期使用性能相关性不大，因此国内外多采用车辙 试验来评价沥青路面的高温性能，并作为沥青混合料配台比设计的一项内容。车辙试验 方法最初是由英国运输与道路研究所( t r i l l ) 丌_ 发的，由于试验方法本身比较简单， 试验结果直观且与实际沥青路面的车辙相关性甚好，因此得到了广泛的应用。目前世界 上应用较为成熟和广泛的是t r r i 、法吲道路与桥梁中心研究所( l c p c ) 和日本道路 协会开发和研制的车辙试验机。“七五”期间，我国交通部公路科学研究所开发了廉价、 简单、实用的车辙试验机，“八五”期间，又进步按照同本原型机的基硎j 上研究开发 了现行的车辙试验仪。 车辙试验是一利，模拟实l ；车轮荷载在路丽上行走而形成车辙的工程试验方法，目前 第二章研究方案与原材料技术性能 被认为是最能反映沥青路面实际抗车辙能力的方法。按照沥青混合料车辙试验规程测试 沥青混合料的高温稳定性能，试验步骤如下： 试验准备：以马歇尔试验确定的最佳沥青用量按照沥青混合料轮碾成形法制作规 格为3 0 0 m m x3 0 0 m m x5 0 m m 车辙试验试块，连同试模一起在常温条件下放置至少1 2 h 。 将试件连同试模一起置于己达到试验温度6 0 c 1 的恒温室中保温至少5 小 时。然后将试件连同试模移至车辙试验机的试验台上，启动试验机，试验机记录仪将自 动记录变形曲线及试件温度，车辙试验通常进行6 0 m i n 或最大变形到2 5 r a m 为止。 根据车辙试验机记录到的数据