沥青混凝土车辙影响因素分析

沥青混凝土车辙影响因素分析

沥青路面车辆的本质是反复加载和卸载车轮造成的塑料流动性变形积累的结果，即加载过程中的总变形减去后的回波变形积累的产物。现在车辙预估的方法很多,如统计法,它是通过对沥青混合料进行三轴实验,建立沥青层的永久变形同荷载及材料特性之间的统计关系式;理论统计法,采用弹性层状体系理论或黏弹性层状体系理论求解路面的应力和位移,再结合室内外的有关实验,统计出沥青层的永久变形同路表弯沉、材料特性参数及荷载之间的经验关系式;层应变法,原理是把路面的每层划分成更小的亚层,计算各亚层是以弹性层状理论为基础的,然后通过与室内实验的联系,估计由于路面各层的永久变形所造成的路表的车辙;线性黏弹性理论法、非线性黏弹塑性理论法、有限元法,都是运用层状弹性或非弹性理论进行车辙模拟。1车辙预算模型的初步建立本文通过建立车辙预估模型,一方面是为了预估车辙变形量,而更为重要的是如何根据车辙预估来指导路面结构设计和路面材料选用以及沥青混合料设计,以便控制车辙变形量和车辙变形速率。本文认为,合理的车辙模型并不是越复杂越好,过于简单反映不了实际情况,过于复杂又不好回归,所以作为较通用的车辙预估模型应满足如下条件:能够反映沥青混合料的剪切变形机理;能够包含影响车辙变形的主要因素,如:行车荷载、温度、材料性能、路面结构特性、行车速度;能够反映永久变形随各主要影响因素的变化规律。在此基础上,本文引入了三轴重复荷载试验,在试验中施加围压能更好地模拟路面现场的温度和受力状态,并能防止试验过程中试件过早破坏。其中,NCHRP-465报告中定义破坏的第3阶段起始时所对应的荷载作用次数为流变数FN,即永久应变率降至最低时的荷载作用次数,以此指标来评价材料性能。总结上面特征和大量分析,本文初步提出一种新的车辙预估模型概念:式中:RD为车辙变形量,mm;FN为流动数,次;N为荷载作用次数,次;T为路面温度,℃;v为行车速度,km/h。各个因子的理论意义:该模型反映了车辙的重复剪切流动变形机理,包含了影响车辙发展变化的主要因素,且能反映沥青混合料永久变形的作用次数和温度的依赖,并适用于各种路面结构和沥青混合料类型。由于路面变形实际上是各亚层变形共同累加的结果,因此如果采用“亚层变形叠加”的办法无疑会使车辙预估方法具有更普遍的适用性,“分层叠加”的方法可以充分接近各亚层的实际状态。所得的模型必然更具有通用性。式中:Ti为相应亚层的实际温度,℃。2车辙预充模型fso沥青混合料的流动数与车辙变形量关系,较好地呈幂指数关系。对于N,T,同济大学苏凯博士证明荷载作用次数FN和相应亚层的实际温度Ti与车辙变形量呈现很好的幂指数关系,行车速度与车辙变形量呈反比关系。车辙试验中胶轮每分钟行车42次,一次行走的距离为23cm,据此可换算成速度为0.58km/h。根据波耳兹曼原理则当行车速度为v时车轮作用一次相当于标准车辙试验作用(0.58/v)次,所以换算成路面上车辆行走一次相当于车辙试验机行走的次数。试验温度全选60℃进行试验。运用FlowNumber(FN)车辙预估模型进一步成为:式中:RD为车辙变形量,mm;FN为流动数,次;N为荷载作用次数,次;Ti为相应各亚层的实际温度,℃;v为行车速度,km/h;α,β1,β2,β3,β4为回归系数。3车辙模型拟合本文采用SPSS(StatisticalProductandServiceSolutions)统计分析软件对参数进行非线性回归拟合。SPSS是世界上最早的统计分析软件,由美国斯坦福大学的3位研究生于20世纪60年代末研制。本文通过各参数单因素与车辙变形量建立关系,最后再运用SPSS进行整合最终的模型预估,本预估模型中,对于不同的沥青混合料,本文通过近3个月的静三轴试验,流动数如表1。温度为60℃,速度为0.58km/h。通过大量的5cm厚60℃轮压0.7MPa的车辙试验,根据车辙变形量、荷载作用次数及流动数进行最终的模型拟合,拟合结果如表2。从表1和表2可以看出FlowNumber预估模型相关系数很高,预估模型的相关系数相对可以满足沥青混合料车辙预估的要求,说明此种预估方法可以进行车辙深度预估,并比较准确。FlowNumber车辙初步预估模型如下:FlowNumber是不同种类混合料在同一碾压速度、同一温度下的预估模型,其在恒定速度和恒定温度下,速度和温度因子则为常量,并没有起到车辙预估影响因子的作用,所以本预估模型只是一个模型框架,有待变速度和变温度的情况下进一步研究和回归。4沥青混合料车辙试验结果任选一种沥青混合料进行3h车辙试验,如本文选用Sup20细型改性沥青混合料试验,3个平行试验,结果取平均后,沥青混合料车辙试验结果与预估值的对比图如图1。Sup20细型改性沥青混合料车辙深度预估结果和实测结果偏差平方和均值为0.012.从图1中可以看出,运用FN进行车辙深度预估结果和实测结果基本重合,并预估结果和实测结果偏差平方和均值都很小,说明本文的车辙预估模型是可靠的,并有较高的精度。5车辙变形量与沥青混合料流动数关系a)本文通过大量试验,运用沥青混合料的静三轴试验结果来代替比较复杂的材料性能指标,从而较好地避开了沥青混合料性能方面因沥青、集料等因素产生的更多评价指标。另外本文通过单因素分析,不同类型的沥青混合料的流动数与车辙变形量关系,较好地呈幂指数关系。b)提出了车辙预估的模型及预估结果,FlowNumber和车辙变形量呈良好的指数关系