（道路与铁道工程专业论文）沥青混合料抗车辙性能评价方法研究.pdf

rrlr i ， ， 矿：托 _ = 。 ： - _ o l 、- j i f i l l llllli l l ll l i iil lli ii y 17 5 3 6 2 9 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 幸弼 r i一 摘要 沥青混合料抗车辙性能评价方法研究 摘要 研究生：向晋源 导师：朱湘副教授 ( 东南大学交通学院江苏南京2 1 0 0 9 6 ) 本文首先进行了江苏省高速公路车辙测试，分析了车辙产生后面层厚度、级配、油石比、空隙 率等的变化规律。然后在调研已有沥青混合料抗车辙性能试验方法的基础上，对这些试验方法进行 评价、筛选和改进，试图找到一种更加合理、稳定、变异性小的试验方法，并对该试验方法进行理 论和试验研究，进一步标准化。 即丁重复荷载试验简单、实用、变异性小且评价指标流动数( 冗) 与现场车辙深度有较好的相 关性，具有良好的应用前景，但考虑到该试验设备昂贵，且不能模拟实际路面围压模式，需要进行 改进。 局部加载试验继承了即r 重复荷载试验的优点，能很好地反映路面实际受力状态。首先选择和 推导了几种反映混合料变形特性的本构模型，并选择了评价指标，通过与试验结果相关性的对比， 发现s t e p h e np r i c e 模型( 占。= b + 口n d 2 e 一删) 能很好地反映混合料的前两阶段变形特性，其评 价指标d j 能较好区分混合料的抗车辙性能，且流动数r 也是较好的评价指标。 有限元模拟结果表明，局部加载试件内部提供的围压值与路面提供的围压数值基本相当，均为 l o o k p a 左右，且在不同位置呈现不同分布。有限元分析得出了局部加载试验的合理尺寸为： 西l s o m m x h 7 5 m m ，试验温度为6 0 ，荷载为峰值为7 0 0 k p a 的半正矢波。室内局部加载平行试验结 果表明，局部加载试验r 变异系数为8 ，d ，变异系数为1 0 ；即丁重复荷载试验一变异系数为 1 2 ，d i 变异系数为1 3 。现场芯样的艘r 重复荷载试验b 和功与车辙深度的相关系数均为0 7 7 ： 局部加载试验试验r 和d j 与车辙深度的相关系数均大于0 8 1 ；b 和d 相关系数为0 9 0 。由此可以 看出，局部加载试验方法要略优于s p t 重复荷载试验。 最后，进行了局部加载试验的标准化研究，局部加载试验不仅具有良好的区分度和稳定性。对 试验设备的要求也相对降低了，有利于推广使用。 关键词：沥青混合料：艘丁重复荷载试验；局部加载试验；s t e p h e np r i c e 模型；有限元：标准化 ， a b s t r a c t r e s e a r c ho n e x p e r i m e n tm e t h o do f a s p h a l tm i x t u r e s r u t t i n gr e s i s t a n c ep e r f o r m a n c e a b s t r a c t m s cc a n d i d a t e ：x l gj i n y u a n s u p e r v i s o r ：a s s op r o f 删x i a n g ( s c h o o lo f t r a n s p o r t a t i o n ，s o u t h e a s tu n i v e r s i t y , n a n j i n g ，j i a n g s u2 1 0 0 9 6 ，c h i n a ) e x p r e s s w a yr u t t i n gt e s ti nj i a n g s up r o v i n c i a lw a sf i r s t l yc a r r i e do u t , a n dt h el a y e rt h i c k n e s s ， g r a d a t i o n ，w h e t s t o n er m i o n ，p o r o s i t y , e r e w e r ea n a l y s e d b a s e do ne x i s t e dt e s t i n gm e t h o d s ，s oa st o s c r e e na n di m p r o v e ，t r yt of i n dam o r er e a s o n a b l e ，s t a b l e ，a n di n e r r a n tt e s tm e t h o d ，b yi n d o o r t e s ta n dt h e o r e t i c a l l ya n a l y s e ，t og e taf u r t h e rs t a n d a r d i z a t i o n b e c a u s eo fs i m p l i c i t y ，p r a c t i c a l ，l o wv a r i a b i l i t ya n dg o o dc o r r e l a t i o n 、 ，i t hf i e l dr o t t i n g d e p t h ，s p tr e p e a t e dl o a dt e s th a sg o o dp r o s p e c t h o w e v e rt h et e s te q u i p m e n to fs p t i sv e r y e x p e n s i v e ，a n di tc a n ts i m u l a t et h ea c t u a lp r e s sm o d eo fr o a d n e e d st ob ei m p r o v e d i ti sa s s u m e dt h a tl o c a ll o a d i n gt e s tn o to n l yi n h e r i t e dt h ea d v a n t a g e so fs p tr e p e a t e d l o a dt e s t b u ta l s oc a nr e f l e c tt h er e a lf o r c es t a t eo fr o a d a san e wt e s tm e t h o d ，i tn e e d st o f i n do u tp r o p e rt e s tc o n d i t i o i l s ，s p e c i m e ns i z e 。e v a l u a t i o ni n d e xa n de v a l u a t i o ns t a n d a r de t c s e v e r a lp e r m a n e n td e f o r m a t i o nc o n s t r u c t i v em o d e l sa n di n v a l u a t i o ni n d e x e so fa s p h a l t m i x t u r ea r es e l e c t e da n dd e r i v a t e d ，a n dt h es t e p h e np r i c em o d e l ( s 。= b + d l n 一破e 一删) 一， 一 c a l lr e f l e c tt h ef i r s tt w os t a g e so fd e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，i t si n v a l u a t i o ni n d e xd 1a n df n c a nb e t t e rd i s t i n g u i s ht h ea n t i r u t t i n gp e r f o r m a n c eo fm i x t u r e s t h er e s u l t so ff e mi n d i c a t et h a tl o c a ll o a d i n gt e s tc a ns u p p l yt h es a m ec o n f i n gs t r s sa s r o a d w h i c hi sa b o u t10 0k p a a n ds h o w e dd i f f e r e n td i s t r i b u t i o ni nd i f f e r e n tl o c a t i o n s u s i n g f e m t h ep r o p e rs i z eo fs p e c i m e ni s 中l5 0 m m x h 7 5 m mw h e nu s i n gs g c a n dt h et e s t t e m p e r a t u r ei s6 0 ，t h ep e a kl o a di s7 0 0 k p a t h er e s u l t so fi n d o o rp a r a l l e ll o c a ll o a d i n gt e s t s h o w st h a tv a r i a t i o nc o e f f i c i e n to ff ni s8 a n dt h ev a r i a t i o nc o e f f i c i e n to fd li s10 ： h o w e v e rt h ev a r i a t i o nt o e m c i e n to ff na n dd lo fs p t r e p e a t e dl o a dt e s ta r e12 a n d13 f o r t h es i t es p e c i m e n s ，t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t so ff na n dd lt or u td e p t ha l lw e r e0 7 7 ，t os p t r e p e a t e dl o a dt e s t t h ec o r r e l a t i o nt o e 街c i e n t so ff na n dd 1t or u td e p t ha l lw e r eg r e a t e rr a n 0 8 1 a n dt h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t so ff na n dd 1w e r eu pt o0 9 0 s oi tc a nb es e e nt h a t l o c a ll o a d i n gt e s tm e t h o di sb e t t e rt h a nt h es p tr e p e a t e dl o a dt e s t a tl a s t s t a n d a r d i z a t i o ns t u d i e so fl o c a ll o a d i n gt e s tw a sc a r r i e do u t l o c a ll o a d i n gt e s t n o to n l yh a sg o o dd i s t i n c t i o nb e t w e e nm i x t u r e s ，b u tl o w e rd o w nt h et e s te q u i p m e n t r e q u i r e m e n t s ，w h i c hb e n e f i tt op o p u l a r i z a t i o n k e yw o r d s ：a s p h a l tm i x t u r e ；s p tr e p e a t e dl o a dt e s t ；l o c a ll o a d i n gt e s t ；s t e p h e np r i c em o d e l ；f e m ； s t a n d a r d i z a t i o n u 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i i i 第一章绪论1 1 1 立题背景及意义1 1 2 国内外研究现状1 1 2 1 沥青混合料永久变形的本构模型1 1 2 2 沥青混合抗车辙性能试验方法4 1 2 3 沥青混合料永久变形试验条件研究6 1 2 4 沥青混合料永久变形试验评价指标7 1 3 研究的主要研究内容和技术路线8 1 3 1 主要研究内容8 1 3 2 技术路线。8 第二章江苏省高速公路车辙测试与分析1 1 2 1 宁宿徐高速公路路面车辙测试1 l 2 2 沥青路面芯样体积参数试验分析1 3 2 2 1 车辙发生后面层厚度的变化。1 3 2 2 2 车辙发生后级配的变化1 5 2 2 3 车辙发生后油石比的变化1 6 2 2 4 车辙发生后空隙率的变化。1 6 2 3 本章小结1 9 第三章沥青混合料高温性能试验方法及本构模型探讨2 l 3 1 轮辙试验及评价指标：2 l 3 1 1 概述2 l 3 1 2 国标车辙试验2 l 3 1 3 车辙试验及评价指标的评述2 l 3 2 剪切试验及评价指标2 2 3 2 1 三轴剪切试验2 3 3 2 2 单轴贯入试验2 3 3 3 简单性能试验( s p t ) 2 5 3 3 1 动态模量试验2 5 3 3 2 静态蠕变试验2 7 3 3 - 3 重复荷载试验2 9 3 3 4 局部加载试验3 l 3 4 沥青混合料蠕变模型3 2 3 4 1 经验模型研究3 2 3 4 2 流变学模型3 4 3 4 3s t e p h e np r i c e 模型3 7 i i i 目录 3 5 本章小结3 8 第四章局部加载试验条件模拟分析4 1 4 1 有限元方法概述4 l 4 1 1 有限元法求解的基本步骤4 l 4 1 2 有限元技术在道路中的应用。4 l 4 1 3a b a q u s 中蠕变本构模型简介4 l 4 2 路面有限元建模，4 2 4 2 1 路面结构选择。4 2 4 2 2 路面各层材料参数4 2 4 2 3 车辆荷载模型简化；。4 2 4 2 4 计算模型的建立4 ， 4 3 局部加载试验有限元建模4 3 4 3 1 力学条件4 3 4 3 2 有限元分析材料参数4 4 4 3 3 局部加载试验有限元模型4 4 4 4 局部加载试验压头尺寸的确定4 5 4 4 1m i s e s 应力验证4 5 4 4 2 侧压力( s 1 1 ) 应力验证。4 7 4 4 3 实际路面应力响应4 8 4 5 本章小结：5 l 第五章沥青混合料抗车辙性能试验研究5 3 5 1 试验准备5 3 5 1 1 原材料5 3 5 1 2 室内混合料配合比设计5 4 5 1 3 现场芯样：。5 6 5 2 评价指标优选5 7 5 2 1 拟选模型及评价指标5 8 5 2 2 验证试验选择5 8 5 2 3 试验结果5 8 5 2 4 评价指标优选6 0 5 2 5 指标d l 影响因素研究6 0 5 2 6f n 和d l 评价标准与阈值初探。6 3 5 3 试验方法优选6 4 5 3 1 试验条件的确定。“ 5 3 2 室内平行试验对比。 5 3 3 现场芯样对比分析 5 3 4 试验方法优选 5 4 本章小结 第六章局部加载试验标准化研究 6 1 试验设备要求 6 2 试件制备 6 2 1j l i 实 i v 目录 6 2 2 切害0 7 7 6 3 试验7 8 6 3 1 试验过程v 7 8 6 3 2 结果处理7 8 6 4 本章小结7 9 第七章结论与展望8 1 7 1 本文主要结论8 l 7 2 进一步研究的建议8 2 参考文献8 3 致诱 8 5 v 第一章绪论 1 1 立题背景及意义 第一章绪论 由于交通量增长、轴载增加、严重超载、交通渠化、加上近年来持续高温天气等因 素的综合影响，车辙已经成为沥青路面早期破坏中最主要的的破坏形式之一o 7 0 年代末 美国各州公路局曾作过调查统计，在被调查的4 4 条主要公路中有1 3 条公路的破坏是由车 辙引起的，占调查总数的2 9 5 ；2 0 世纪8 0 年代，据日本调查，累计交通量超过3 0 0 万辆 的道路上，车辙深度大于1 0 m m 的占5 0 以上，需要进行维修、罩面处理的沥青路面， 8 0 以上是由于车辙过深而造成的。 车辙的出现，降低了路面的使用性能，危及行车安全，缩短了沥青路面的使用寿命 和降低了路面的服务质量。具体来说，车辙造成的危害i l 】i 【2 】主要表现为：路表产生过量 的变形，影响路面的平整度：轮迹处沥青层厚度减薄，削弱了面层及路面的整体强度， 从而易于诱发其它病害；雨天路表排水不畅，降低了路面的抗滑能力，甚至会由于车辙 内的积水而导致车辆漂滑；在北方冬季出现负温时，由于辙槽内结冰使路面的抗滑能力 大幅度降低，容易发生交通事故。因此，沥青路面的车辙问题已经成为世界各国公路技 术人员的重要研究课题。 鉴于车辙病害的严重性和沥青混合料高温变形规律的复杂性，对沥青混合料高温性 能评价方法的研究具有重要的现实意义和实用价值，对沥青路面设计与养护以及车辙形 成规律和预测都有十分重要的意义。 1 2 国内外研究现状 国外对于沥青混合料抗车辙性能的研究很多。1 9 9 3 年，美国战略公路研究计划 ( s h r p ) 的沥青研究项目中有9 4 9 万美元( 总共5 0 0 0 万美元) 中用于永久变形的研究， 该研究最终提出了a 一3 1 8 和a 一4 1 5 两篇研究报告，成为s u p e r p a v e 的主要组成部分， 并推荐了三种s p t 简单性能试验方法【4 】。 在国内，8 0 年代以前我国沥青路面数量少，交通量和轴载也小，车辙问题不太严重， 未引起足够的重视。改革开放后，高等级沥青路面得到了很大的发展，随着交通量增加、 汽车轴载加大、超载严重以及渠化交通的形成，车辙问题显得越来越突出，国内许多研 究机构也进行了大量关于永久变形的研究工作，取得了一定的成果。 1 2 1 沥青混合料永久变形的本构模型 表征沥青混合料的本构模型有很多，包括各种经验性模型和力学模型。经验性模型 一般由室内试验得到永久变形与荷载作用次数的关系，再用相应的数学模型进行拟合， 可以准确描述特定混合料的变形规律，但是其在适用性和力学计算上有困难；力学模型 一般有两类，一类是以粘弹性理论为基础的反映时间效应的流变模型，另一类是以损伤 参量变化反映有效受力面积减少的损伤本构模型。 i ( 查堕奎堂婴主堂垡堡茎 1 经验性模型 经验模型主要有以下几种： ( 1 ) 半对数模型 占p = a + b l o g n ( 1 一1 ) ( 2 ) 幂函数模型 。 m o n i s m i t hm o d e l ： f p = a n 6 ( 1 2 ) v e s y sm o d e l ：肼= 腭叫 ( 1 3 ) t s e n ga n dl y t t o nm o d e l 5 】占p = 6 0 e 一( p 尸 ( 1 _ 4 ) ( 3 ) 其它经验模型 s h e l lm o d e l ( c l a u s s e ne ta 1 ，1 9 7 7 ) ：，= 6 1 5 1 0 7 ( q ) 。4 由( 1 5 ) a s p h a l ti n s t i t u t em o d e l ( s h o o k e ta 1 ，1 9 8 2 ) ：，= 1 3 6 5 1 0 曲( q ) 4 7 7 ( 1 6 ) ( 4 ) c r e e p 模型：营仃= a o ”， ( 1 7 ) ， 以上各式中： 岛为累积永久应变；为荷载作用次数；，为蠕变应变速率：盯为单轴等效偏应 力；，为限制车辙深度为o 5 i n 时对应的荷载作用次数；v 为路基顶面最大竖向应变；z 、 a 、a 、b 为回归参数；a ，m ，n 为与材料性质和温度有关的参数( 4 0 ，n 0 ，- 1 蜘如) 。 ( 5 ) 三阶段永久变形经验模型 f u j i e z h o u 6 】利用分阶段回归的方法对三阶段永久变形特性进行经验性描述。对于 迁移期，永久应变和作用次数在双对数坐标系中呈线性关系，可采用幂函数表示： s p = a n 6n f s ( 1 - 8 ) 其中：a 为n - - 1 时的永久应变，b 反映了永久应变随荷载循环次数n 的变化率，a 和b 均可以通过在双对数坐标系下对直线部分进行线性回归得到。 稳定期永久应变随荷载作用次数线性增加，可用线性模型表示： = + c ( 一b )b 争训 i 时同t 间无限长时，粘性流 动变形为无穷大 能够反映出沥青混合 料永久变形的“固结 ， 删船1 采 效应”，该模型较好地 表征了沥青混合料迁 移期的变形特性，并 晶； 伏i1 ij 8 a t 不能反映沥青混合料 s r 置圭 。j 啊 1 一产1 气。帆) t e时同t 7 占o ) = 1 - e 啊b r l 稳定期和破坏期的变 巩专 a b 互 i 形特性 矿 可以看出上述的各种流变学模型也存在着局限性，而且本构模型复杂，往往不能很 好的使用，有必要进步探讨。 1 2 2 沥青混合抗车辙性能试验方法 可以用于研究沥青混合料高温变形性能的试验方法有很多，总体上可以分为室内试 验和室外试验两类。各种试验方法优缺点如表1 2 所示。 表1 2 沥青混合料高温永久变形试验方法比较佛捌 现场模 总体 试验方法试件形状 测量特性优缺点简单性 拟评价 单轴静态蠕变模量时间； 应用广泛； 设备简单，容易推广# ( 蠕变)应变时间 应力状态包含剪切分量； 圆柱试件 能较好表达交通条件； t p l o c m 4 i n 回弹模量； 单轴重复永久变形荷载次数； 设备比较复杂： 荷载波形和频率对测量值有较大 差简单差 泊松比 2 0 c m 8 n 影响； 动力模量； 阻尼比： 可测定不同温度时作为频率函数 单轴动态 泊松比； 的阻尼比 永久变形荷载次数 较 三轴静态( 有侧 圆柱试件蠕变模量时间； 包含多种应力状态； 较好一般 限蠕变) q f l o c m 4 i n 应变时间 复 应力状态包含剪切分量； 杂 2 0 c m s i n 回弹模量、永久变形、周 能较好表达交通条件； 三轴重复期、泊松比 4 第一章绪论 设备比较复杂，要求有三轴室； 动态模量、阻尼比、泊可测定不同温度时作为频率函数 三轴动态 松比、永久变形 的阻尼比； 但数据使用众说纷纭； 测量试件挠度计算蠕变 高温试验要求试验和检测设备有 差简单一般弯曲蠕变棱柱形 参数 较高的分辨率 标准马歇尔试件 马歇尔稳定度； 试验简单； 马歇尔试验 ( q f l 0 1 6 m m 6 3 流值 稳定度与路面车辙量相关性较 极差简单差 5 r a m )差； 模拟现场应力状态较好： 板 设备精度要求不高； ( 3 0 0 m m 3 0 0 m荷载作用次数变形 与实际车辙深度相关性好； 好一般好车辙试验 m 不能测得材料基本性质； 5 0 r a m ) 不能用于路面设计； 大型环道、直道 能够真实模拟路面状况； 试验、十分复 加速加载试验 足尺寸荷载作用次数变形 试验条件可以控制，便于分析； 极好 杂 较好 ( a l f ) 成本大，周期长； 静态简单剪切 剪切蠕变模量时间；剪切应力可直接施加于试件上； 蠕变试验 剪切变形时间芯样易于从现场路面获取 重复加载简单 q f l o c m ( 4 i n ) 回弹剪切模量； 能较好的表达交通条件 剪切试验 剪切变形时间 较好较好较好 6 2 5 c m ( 2 5 i n ) 动态剪切模量；可测定不同温度时作为频率函数 动态简单剪切 泊松比：的阻尼比；试验设备比较昂贵， 试验 剪切变形时间不易获得 从现场模拟和简单性角度考虑，上述评价方法的比较结果见表1 3 ： 表1 3 不同永久变形试验方法对比表埔1 试验方法 现场模拟简单性 总体评价 单轴静载( 蠕变) 、单轴重复、单轴动态 513 三轴静态( 有侧限蠕变) 、三轴重复、三轴动态43 - 4 2 径向静态( 蠕变) 、径向重复、径向动态 52 l i p 4 中空圆柱试件动力、剪切 25 不适合常规使用 简单剪切静态、简单剪切重复、简单剪切动态 33 - - 一4 1 试验环道 l5 不适合常规使用 注：表中i 5 ，性能越来越好。 由以上的比较结果知，基于性能的剪切试验被认为是最好的试验方法。 n c h r p 报告总结了前人以及最新的研究成果，最终选择出几种能够准确和可靠地 反映沥青混合料特性并与路面在不同程度交通和气候环境下的破坏高度相关的试验方 法及参数，即简单性能试验( s p t ) 。 在2 0 0 0 年n c h r p 会议上，三轴动态模量试验( e * s i n q ) ) 、静态三轴蠕变试验( f t ) 和三轴重复荷载永久变形试验( f n ) 被选择出作为研究评价热拌沥青混合料( h m a ) 抗车辙性能的推荐方法：其中动态模量参数已经被用于a a s h t 0 2 0 0 2 设计指南中的路 面设计【4 j 。 5 【 东南大学硕士学位论文 以上国内外各种研究沥青混合料高温变形规律的试验方法都有各自优缺点，每一种 试验方法的适用性也不同。因此，为得到更加准确的试验方法，需要对现有的试验方法 进行优选，并对相应的试验条件参数进行设计，如此才能得到准确体现混合料高温变形 规律的试验结果。 1 2 3 沥青混合料永久变形试验条件研究 试验条件的变化将对沥青混合料抗车辙性能产生巨大的影响，包括试件形状与尺 寸、荷载条件、边界条件以及温度条件等，选择合适的试验条件能够更好的反映和对比 不同混合料抗车辙性能的差异性。 第一章绪论 路面车辙产生的高温条件，对于不同地区温度条件可以不一样。 试验中，为了使试验机压头与试件端面的接触良好，通常要对试件施加预加荷载。 壳牌法的静载蠕变试验中建议的预载水平为总应力水平的2 ，即2 0 k p a ，在重复荷载 试验中接触应力一般为总应力水平的5 ，重复荷载试验中般采用偏应力为7 0 0 k p a ， 接触应力采用3 5 k p a 。 由于试验设备等因素的限制，目前国内大多数研究试验都是在无围压状态下进行， 在无侧限蠕变试验中，欧洲标准是施加轴向应力1 5 p s i ，温度为8 6 - - - 1 0 4 0 f ( 3 0 - - 4 0 c ) ， 美国一般取轴向压力1 5 - 3 0 p s i ，温度为1 0 4 0 f ( 4 0 ) ；在有侧限的蠕变试验中，一般 取围压5 3 0 p s i ，轴向压力为3 0 - ，8 0 p s i 。为了真实地模拟交通和环境状况，b r o w n 建 议无侧限蠕变试验轴向应力为1 2 0 p s i ( 8 2 7 k p a ) ，温度为1 4 0 0 f ( 6 0 ) ；对于有侧限试 验，围压应力取2 0 p s i ( 1 3 8 k p a ) ，轴向应力取1 2 0 p s i ( 8 2 7 k p a ) ；加载时间为4 5 m i n ，卸 载时间为1 5 m i n 。对于这些理想的试验条件，无侧限试验在大多数情况下都会由于试件 较快的破坏而无法测得结果，而有侧限的试验却能顺利进行，因此b r o w n 建议使用有 侧限条件的试验方法【1 1 】【3 0 l 。 对于有无侧限试验，k a m i le l i a sk a l i u s h 研究认为，对于骨架型的混合料，如s m a ， 有可能将其抗变形能量归为差的一类，而实际在路面中，s m a 抗车辙性能良好，说明 无侧限试验会低估骨架型混合料抗车辙性能。而对于其他类型的混合料，也宜使用有侧 限条件，一方面因为有侧限的室内试验回归结果与实际路面回归值更接近；另一方面， 有围压的试验比没有围压的试验对混合料空隙率更敏感，这或许意味着无侧限试验不能 真实反映材料特性。所以，k a m i l 日妇k a l i u s h 认为有侧限的重复荷载永久变形试验是 模拟实际路面的比较好的试验方法。 综上，为了更好模拟现场试验条件，室内试验宜采用有围压的动态重复荷载试验， 试验条件为：围压为1 0 0 k p a ，温度为4 0 。但是也要认识到，各国的温度、环境条件 不一样，应该具体问题具体分析，应结合我国的实际情况研究合适的试验条件。 1 2 4 沥青混合料永久变形试验评价指标 不同试验方法有不同的评价指标，根据国内外的研究，目前常用试验方法评价指标 及其优缺点如表1 4 所示。 表1 4 常用试验方法评价指标及其优缺点 试验方法 评价指标主要优、缺点 简单、测试时间短，但它们是经验指标，不能反映混合料永 马歇尔试验稳定度、流值久变形机理，与车辙相关性较差，不能用于评价混合料高温 性能 能在一定程度上表征混合料高温稳定性变异性较大、与现场 车辙试验 动稳定度 相关性不好、受传感器精度影响、不能反映混合料初始变形 7 毫 广 东南大学硕士学位论文 直观、简单，但不能反映车辙发展趋势，而且短时间的变形 6 0 m i n 车辙深度 量不能说明混合料实际的抗车辙能力 能对比不同板厚车辙试验结果，但当板厚相同时该指标和车 相对变形率 辙深度是一样的，不能反映车辙发展趋势 该指标为力学指标，可用于混合料设计，但该试验和路面受 直剪试验c 和q 值 力状况不一致，破坏面是固定的水平面 该指标为力学指标。但试验无法获得混合料的c 和q 值，需 单轴贯入试验抗剪强度 要补充一个相同试件规格的单轴压缩试验，方可通过两个莫 尔圆求出c 和p 值。 ie i s i n o 与车辙的相关性很好。能反映混合料的粘弹性特 动态模量试验 ie 1 和ie 。l s i n o性，ie i 是从s h l d2 0 0 2 设计软件的输入参数之一。对不 同混合料具有较好的区分度 流变时间与车辙深度具有很好的相关性，能区分不同混合料 静态蠕变试验 流动时间( f t )好坏，但试验荷载和实际路面承受荷载方式不同，而且试验 s p t 条件也存在争议 该试验采用动态荷载，与现场一致。f 。与车辙深度具有很好 的相关性。可以区分不同混合料，但流变次数试验的变异性 动态重复荷载试验 流动次数( f n ) 较高，f n 的算法也存在很大争议，而且围压值的确定也存在 质疑，故无法制定相应标准。 第一章绪论 图卜2 本文主要技术路线图 9 甏 东南大学硕士学位论文 1 0 第二章江苏省高速公路车辙测试与分析 第二章江苏省高速公路车辙测试与分析 沥青路面车辙是沥青混合料在高温环境下行车荷载反复作用的蠕变反映。进行高速 公路沥青路面现场车辙测试与分析，有助于了解沥青路面车辙的发展规律，有助于弄清 沥青路面车辙发生后的空隙率、油石比和级配的变化规律；可为后续室内试验( 车辙试 验、s p t 试验和局部加载试验等) 的试验条件选择提供依据。 2 1 宁宿徐高速公路路面车辙测试 1 测试地点 本次沥青路面车辙测试地点位于宁宿徐高速公路盱眙段由于改线而废弃的一段约4 0 0 m 长的老沥青路面上( 图2 1 ) ，桩号为k 1 3 6 + 6 0 0 - - - k 1 3 7 + 0 0 0 。该段沥青路面2 0 0 1 年建成通车，在2 0 0 8 年宁宿徐高速公路盱眙南线建成通车前改线后废弃。其沥青路面 结构中的沥青层为： 上面层：4 c ms m a 1 3 ( 普通沥青) 中面层：6 c ma c 2 0 ( 普通沥青) 下面层：7 c ma c 2 5 ( 普通沥青) 图2 - 1宁宿徐高速公路车辙测试现场 图2 - 2 现场车辙测试 2 测试内容 。 本次车辙测试采用3 m 直尺，辅以位移传感器进行( 图2 - 2 ) 。 3 测试方案 在约3 5 0 m 的路段上( 桩号k 1 3 6 + 6 0 0 k 1 3 6 + 9 5 0 ) ，每隔1 0 米测试路面行车道的车 辙深度，从图2 3 可以看出，在该段沥青路面上，行车道左侧轮迹带车辙并不与右侧轮 迹带车辙深度相同，总体而言，右侧轮迹带车辙变异性大一些，尤其是桩号为k 1 3 6 + 7 1 0 、 k 1 3 6 + 7 4 0 和k 1 3 6 + 7 6 0 。 东南大学硕士学位论文 2 0 量1 5 瑙l o 媾 耩5 褂 0 k 1 3 6 娟0 07 0 08 0 09 0 0 k 1 3 7 + 0 0 0 桩号 图2 3 宁宿徐高速公路盱眙段行车道车辙深度测试结果 对上述测试结果进行频谱分析，可得图2 - 4 所示的车辙深度频谱图。可以看出，该 路段车辙深度为7 r r m l 9 r m n 的出现频度最高，车辙深度大于1 5 c m 的出现频度较小。据此， 可以确定该段路面车辙的代表深度分别为 7 m m ，7 m m - - 9 m m ，9 m m , - 一l i m m ，1 3 m m - - 一1 5 m m ， 每一个代表性车辙确定4 个代表性断面( 共4 x 4 = 1 6 个断面，见表2 1 ) 。 2 s ，、加 葛1 5 繁1 ： 0 1 5 车撇( m n o 图2 - 4 宁宿徐高速公路盱眙段行车道车辙深度频谱图 表2 1 代表性车辙及相应的代表性断面和编号 代表车辙深度( m m )代表车辙断面备注 7 0 1 9 02 7 03 6 0 l o m m 的占到4 8 6 1 ，说明这一路段车辙破坏比较严重；而超车道车辙深度均小于8 a i m ，平 均车辙深度只有4 7 5 r a m ，主要是因为超车道主要是小汽车，轴重较轻，从而也说明了 车辙主要是由于超载引起的。 2 2 沥青路面芯样体积参数试验分析 2 2 1 车辙发生后面层厚度的变化 对上述芯样分上面层、中面层和下面层进行厚度的量测，并与原有设计资料进行比 较，结果如表2 2 表2 5 所示。 表2 2 左侧轮迹带芯样厚度测试结果 代表车辙深 厚度( c m )平均车辙深 备注 度( m m ) 上面层中面层下面层总厚度度( n u n ) 74 0 65 6 5 5 7 71 5 4 4 7 7 2 左侧轮迹 7 - 9 3 9 05 7 65 9 71 5 6 41 0 2 4 带 9 1 14 0 25 7 55 6 31 5 4 01 0 9 5 1 3 1 53 9 95 7 56 9 21 6 6 51 4 0 0 设计4671 7 表2 3 车辙隆起处芯样厚度测试结果 代表车辙深厚度( c m )平均车辙深备注 度( m m )上面层中面层下面层总厚度度( 咖) 7 4 5 05 7 05 7 41 5 9 3 车辙隆起 7 94 3 85 8 66 1 01 6 3 4 处 9 1 14 4 2 5 8 66 0 61 6 3 4 1 3 1 54 6 66 0 07 2 81 7 9 4 设计4671 7 1 3 9 8 7 6 5 4 3 2 l o 一蛞v 瑙曝 东南大学硕士学位论文 表2 4 右侧轮迹带芯样厚度测试结果 代表车辙深厚度( c m )平均车辙深备注 度( n u n ) 上面层中面层下面层总厚度度( r a m ) 7 4 2 65 4 9 5 8 01 4 4 87 9 0 右侧轮迹 7 9 4 0 45 5 9 6 3 l1 5 9 47 5 7 带 9 - 1 l4 0 75 6 3 6 2 21 5 9 2 1 1 1 7 1 3 1 54 1 35 5