靜態(tài)蠕變試驗與其他車轍試驗評價指標之間的相關(guān)性研究

段叔瑜

(山東建筑大學，山東 濟南 250101)

1 不同方法瀝青混合料抗車轍性能評價

1.1 試驗材料選擇

試驗材料選擇了涵蓋瀝青路面上、中、下面層的11種瀝青混合料，分別為選用SBS改性瀝青制成的SMA-13、采用SBS改性瀝青制成的AC-20、摻加纖維的SBS改性瀝青AC-20、70#瀝青制成的AC-25、50#瀝青制成的AC-25、70號瀝青制成的ATB-25(1)、70#瀝青制成的ATB-25(2)、50#瀝青制成的ATB-25、30號瀝青制成的ATB-25、70#瀝青制成的AC-20(1)、70#瀝青制成的AC-20(2)，其中標注了(1)或(2)的表示采用的級配不同。

1.2 單軸貫入強度試驗及無側(cè)限強度試驗

依據(jù)JTG D50-2017《公路瀝青路面設計規(guī)范》，通過一個遠小于試件直徑的鋼制壓頭在試件上進行加載，試件的直徑為150 mm，高度為100 mm，每種瀝青混合料至少取芯樣4個。在試驗前，試樣需要在60 ℃下保溫6 h。試驗過程中，使用UTM萬能試驗機在試件上以1 mm/min的恒定變形速率加載一個高50 mm、直徑42 mm的圓柱形鋼制壓頭，試驗環(huán)境溫度控制在60 ℃。同時，為了求解瀝青混合料的粘聚力和內(nèi)摩擦角，需要對試件進行無側(cè)限抗壓強度試驗，將試件制成高100 mm、直徑100 mm的圓柱體試件，壓頭的受壓面積為50×50 mm2，在60 ℃條件下保溫6 h。試件在60 ℃環(huán)境溫度下以1 mm/min的恒定變形速率加載直至應力-變形曲線出現(xiàn)峰值，峰值作為計算試件無側(cè)限抗壓強度的最大力。

在單軸貫入試驗結(jié)果曲線上，取瀝青混合料所達到的極限荷載P作為實驗結(jié)果，在無側(cè)限壓縮試驗中去峰值作為無側(cè)限抗壓強度值。進一步的根據(jù)以下公式可以分別計算瀝青混合料的粘聚力C和內(nèi)摩擦角φ。

Rτ=fτσp

(1)

(2)

式中：Rτ為單軸貫入強度(MPa)；fτ為貫入指數(shù)(0.35)；σp為單軸貫入壓力(MPa)；P為極限荷載(N)；A是加載頭的橫截面積(mm)；對于現(xiàn)場取芯試件，其計算的貫入強度應再乘以修正系數(shù)1.15。

(3)

式中，σu為無側(cè)限抗壓試驗求得的壓應力；P′為極限荷載(N)；A是加載頭的橫截面積(mm)。

根據(jù)單軸貫入試驗和無側(cè)限抗壓強度試驗的結(jié)果，根據(jù)以下方程計算出內(nèi)摩擦角(φ)和粘聚力(C)。

σp1=0.765σp

(4)

σp3=0.087 2σp

(5)

τp1=0.339 0σp

(6)

(7)

(8)

式中：σp1為第一主應力；σp3為第三主應力；σp為單軸貫入壓力(MPa)；σu為無側(cè)限抗壓試驗求得的壓應力；τ為抗剪強度；c為粘聚力；φ內(nèi)摩擦角。

測得的單軸貫入及無側(cè)限抗壓實驗結(jié)果如表1所示。

表1 單軸貫入及無側(cè)限抗壓實驗結(jié)果

1.3 漢堡車轍試驗

漢堡輪轍試驗作為檢測瀝青混合料水穩(wěn)定性和抗車轍性能試驗條件最苛刻的設備之一，能達到試驗結(jié)果與路面現(xiàn)場測試性能結(jié)果的一致性。試驗過程為：試件浸在40 ℃～55 ℃的控溫水浴中，測試輪試件表面上來回碾過規(guī)定的遍數(shù)，通過試驗能測出試件在試驗輪作用下的變形行為，并可以自動畫出試件的變形深度與碾壓遍數(shù)之間的關(guān)系圖。漢堡車轍試驗結(jié)果見表2。

表2 漢堡車轍試驗結(jié)果

1.4 靜態(tài)蠕變試驗

尚無規(guī)范限定其標準的試驗條件。本次試驗采用美國國家聯(lián)合公路研究報告(NCHRP)中推薦的靜態(tài)蠕變試驗條件40 ℃、0.1 MPa，試件尺寸為直徑×高度=100 mm×100 mm。對11種混合料提取了截距α、斜率m、流變時間FT、流變點應變S、進一步計算得到s/FT。靜態(tài)蠕變試驗結(jié)果如表3所示。

表3 靜態(tài)蠕變試驗結(jié)果

3 相關(guān)性分析

對前文所述的11種瀝青混合料進行靜態(tài)蠕變試驗、單軸貫入強度試驗、漢堡車轍試驗，提取了各種試驗中的抗車轍性能指標，其相關(guān)系數(shù)如表4所示。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，在標準試驗條件下，蠕變斜率m、流變時間FT與單軸貫入和漢堡車轍試驗指標之間的相關(guān)性差，最大相關(guān)系數(shù)不足0.5，相比而言，流變應變與流變次數(shù)的比值s/FT與其他指標之間的相關(guān)系數(shù)達到了0.7以上。

表4 靜態(tài)蠕變試驗指標與漢堡車轍及單軸貫入試驗指標相關(guān)系數(shù)

4 結(jié) 論

標準條件下，通過分析11種不同類型的瀝青混合料抗車轍性能指標之間的相關(guān)關(guān)系進行了研究，采集了單軸貫入強度試驗、漢堡車轍試驗、靜態(tài)蠕變試驗三種不同試驗之間的試驗指標，分析了不同試驗指標之間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)蠕變斜率m、流變時間FT與其他指標之間的相關(guān)性差，故不能代替其他試驗方法和評價指標來評價瀝青混合料的抗車轍性能。而流變應變與流變次數(shù)的比值s/FT與其他指標之間的相關(guān)系數(shù)大于斜率m和流變時間FT與其他指標之間的相關(guān)系數(shù)，相比蠕變斜率和流變時間而言，更適合作為評價瀝青混合料抗車轍性能的代替指標。