瀝青路面高溫性能發(fā)展規(guī)律的試驗研究

摘要：為了準確評估已通車瀝青道路中面層高溫穩(wěn)定性，提出了一種評估已通車瀝青道路中面層高溫穩(wěn)定性能的方法，結(jié)合車轍變形指標得出了中面層高溫性能的變化趨勢，研究結(jié)果表明：通過分層漢堡車轍試驗能夠較好的評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，可以應用在既有瀝青道路路高溫穩(wěn)定性鑒別中；隨著各路段現(xiàn)場車轍變形程度的增大，中面層漢堡車轍深度表現(xiàn)出先降低后增大的趨勢，這說明中面層高溫性能表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢；中面層高溫性能發(fā)生變化的臨界值為現(xiàn)場車轍深度15mm，此臨界值給中面層養(yǎng)護方式的選擇提供理論支撐；整體上中面層的變形率會隨著車轍深度的增加而增加，普通瀝青和改性瀝青車轍深度為15mm，且路面中面層高溫穩(wěn)定性逐漸降低。

關(guān)鍵詞：瀝青道路；中面層高溫穩(wěn)定性；車轍變形；漢堡車轍試驗；改性瀝青

0 " 引言

瀝青屬于溫度敏感性材料，在高溫下極易發(fā)生變形，所以高溫車轍變形是瀝青公路中一種常見的問題。對于車轍變形通常是先對其進行銑刨重鋪，在這個過程中確定銑刨層位尤為關(guān)鍵[1-3]。若是銑刨層位有誤，可能導致車轍處理不完全或銑刨過度。為此評估各層高溫穩(wěn)定性對養(yǎng)護方案的制定十分關(guān)鍵，其中以中面層高溫穩(wěn)定性的判斷尤為重要。除此之外，車轍變化的同時瀝青路面也在持續(xù)受到損傷。根據(jù)高溫下瀝青變形的３階段理論，車轍發(fā)生破壞的臨界點為第三和第二階段的轉(zhuǎn)變點，所以為了盡可能地延長瀝青路面的使用時間，有必要采取相關(guān)措施來提高到達次臨界點的時間[4]。而想要解決上述問題的關(guān)鍵就是準確掌握瀝青在高溫下的變形發(fā)展趨勢。基于此，楊軍等[5]人開展了漢堡車轍試驗來分析各結(jié)構(gòu)層對車轍的影響程度，提出了新的抗車轍要求。栗培龍等[6-7]人對瀝青混合料開展了漢堡車轍試驗，分析了其抗車轍性能，同時對漢堡車轍試驗的判別標準與試驗條件進行了研究。

目前大部分研究針對的都是新拌制瀝青混合料，但以此用來評價已通車道路的高溫穩(wěn)定性并不合理。基于此，為了準確評估已通車瀝青道路中面層高溫穩(wěn)定性，本文提出了一種評估已通車瀝青道路中面層高溫穩(wěn)定性能的方法，結(jié)合車轍變形指標，得出了中面層高溫性能的變化趨勢，可為路面養(yǎng)護方案的制定提供指導。

1 " 項目概況

聯(lián)邦工程部阿巴41km公路維修項目開始于阿比亞州阿巴鎮(zhèn)公路橋，沿線經(jīng)過Asa-Umuku、Obiga和Obehie Asa等小鎮(zhèn)，終點位于河流州哈爾克特Eleme junction，施工線路總長41.4km，屬于市政公路改造項目。該項目所處的河流州（哈爾克特港）地處尼日利亞東南部，屬于熱帶氣候。全年分為旱季和雨季，11月至來年4月為旱季，平均氣溫30℃，最高達46℃以上。5月至10月為雨季，平均氣溫25℃。

目前正在進行施工哈爾克特市區(qū)CH209+670～CH216+

805路段，該路段由兩條路面標準橫截面寬度7.3m的并行道路組成，中間間隔25m隔離帶。舊路況因排水不暢年久失修，導致道路破損情況嚴重。后對該路段整體重新設(shè)計，將中間隔離帶及兩側(cè)道路重新修建成路面標準橫截面寬度為46.1m的雙向八車道市區(qū)主干道。路面結(jié)構(gòu)為30cm填砂+15cm水泥穩(wěn)定砂+20cm級配碎石+6cm底層瀝青+4cm面層瀝青。

2 " 研究方法

2.1 " 分層高溫穩(wěn)定性試驗方法

當前瀝青混合料性能試驗標準是針對于新制成的樣品，根據(jù)需要將其制成特定的形狀。而對于已鋪設(shè)完成的瀝青路面，其結(jié)構(gòu)和尺寸已經(jīng)固定成型，所以測試此類瀝青路面性能時，無法使用當前的試驗標準和方法。此次研究中，選擇對上述哈爾克特市區(qū)內(nèi)9km路段舊路瀝青面層進行鉆芯取樣，取芯直徑為150mm，再對其進行切割，分成下、中、上3個面層試樣，高度分別為60mm、60mm和40mm。然后通過漢堡車轍試驗來測試各試樣在高溫下的穩(wěn)定性。

2.2 " 車轍深度指標

此次研究除了上述所提工程路段，同時挑選了幾條投入使用時間較久的路段作為樣本，來對其瀝青中面層開展?jié)h堡車轍試驗，通過試驗來檢驗分層試驗法的有效性。

以24組樣本為基礎(chǔ)，普通瀝青中面層的試驗結(jié)果如圖1所示。從圖1中能夠看出，普通瀝青車轍深度分布規(guī)律大致接近正態(tài)分布。為了更加清晰和快速的對不同混合料高溫性能的區(qū)別進行評價，將正態(tài)曲線的80%與20%分位點設(shè)置成界限，依次獲取普通瀝青中面層的分級標準，具體見表1。其中等級越高，就表示混合料在高溫下就越不穩(wěn)定。

從上述結(jié)果可以看出：通過分層漢堡車轍試驗能夠很好的對瀝青混合料高溫穩(wěn)定性進行判斷，可以用來評價路面結(jié)構(gòu)的高溫性能。同時此次所得的車轍深度分級標準，能夠給已通車道路中面層高溫穩(wěn)定性的判斷提供借鑒。

2.3 " 車轍變形率指標

通過分層結(jié)構(gòu)變形率的方式來反映瀝青混合料的變形性能，某一層的變形率即為該層變形值與原層厚的比值。因為取樣路段已投入使用，部分區(qū)域存在變形的情況，所以在取芯測厚度時，要在芯樣附近測量4次，并取其均值作為結(jié)構(gòu)層的最終厚度，以降低測量誤差。變形率計算公式如下：

Ri=△i/Hi " " " " " " " " " " " " " " " " " " （1）

式中：

Hi ——第i層的厚度基準值，選擇采用右側(cè)輪跡帶左、右兩側(cè)的平均值，mm；

Ri——第i層發(fā)生的變形率，%；

△i——第i層發(fā)生的變形值，為右側(cè)輪跡帶第i層厚

度和第i層厚度基準值的差值，mm。

3 " 中面層高溫穩(wěn)定性試驗分析

3.1 " 取樣方式

為了掌握高溫下瀝青道路中面層穩(wěn)定性變化規(guī)律，以尼阿巴41km公路和另外兩公路（A公路和B公路）為例，根據(jù)不同的車轍深度進行取芯試驗，車轍深度分為4個等級，分別為15～20mm、10～15mm、5～10mm和0～5mm。

3.2 " 車轍試驗評價

分別對所選3條公路開展?jié)h堡車轍試驗，具體結(jié)果見表2。

當前缺少判斷通車瀝青路面高溫穩(wěn)定性的標準。但應急車道相對來說通行車輛較少，其路面結(jié)構(gòu)基本保持不變，未出現(xiàn)破損，所以在此次研究中，把應急車道瀝青面層的高溫性能測試數(shù)據(jù)，作為已通車瀝青路面的初始高溫性能，以此作為基準來對其他車道瀝青面層高溫性能進行評價，給路面養(yǎng)護方案的制定提供有力支撐。

建立已通車路面實際車轍深度和中面層漢堡車轍深度間的關(guān)系，同時根據(jù)上述所提劃分的高溫穩(wěn)定性判別標準，對比應急車道初始狀態(tài)，以此得出中面層高溫穩(wěn)定性的變化趨勢。不同車轍深度時A公路條件中面層漢堡車轍試驗結(jié)果如圖2所示。不同車轍深度時尼阿巴公路條件中面層漢堡車轍試驗結(jié)果如圖3所示。不同車轍深度時B公路條件中面層漢堡車轍試驗結(jié)果如圖4所示。

跟應急車道初始狀態(tài)對比后能夠發(fā)現(xiàn)，隨著各路段現(xiàn)場車轍變形程度的增大，中面層漢堡車轍深度表現(xiàn)出先降低后增大的趨勢。這說明中面層高溫性能表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。對此現(xiàn)象進行分析認為，當作用在路面的荷載次數(shù)不斷變多時，瀝青混合料密度變大，結(jié)構(gòu)更加密實，有利于提高自身的高溫穩(wěn)定性；而當變形持續(xù)增大時，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性達到極限而破壞，混合料自身穩(wěn)定性逐漸降低。

根據(jù)上述給出的判定中面層高溫穩(wěn)定性能標準，在車轍深度未超過15mm時瀝青的中面層高溫穩(wěn)定性都屬于2級標準，在現(xiàn)場實際車轍深度超過15mm時均屬于3級標準。由此能夠得出，中面層高溫性能發(fā)生變化的臨界值為現(xiàn)場車轍深度15mm，此臨界值給中面層養(yǎng)護方式的選擇和制定提供了理論支撐。

3.3 " 評價車轍變形率

對所選3段公路的結(jié)構(gòu)層變形率進行計算，具體結(jié)果見表3和圖5。

從表3和圖5中能夠看出，整體上中面層的變形率隨著車轍深度的增加而增加，且普通瀝青在車轍深度為15mm，即中面層變形率分別為11%時，路面中面層高溫穩(wěn)定性逐漸降低。

通過中面層變形率的變化趨勢和變形指標來對其高溫性能的變化情況進行判斷，能夠在一定程度上替代室內(nèi)檢測試驗，可在較快時間內(nèi)完成中面層性能檢驗。

4 " 結(jié)束語

為了準確評估已通車瀝青道路中面層高溫穩(wěn)定性，本文提出了一種評估已通車瀝青道路中面層高溫穩(wěn)定性能的方法，結(jié)合車轍變形指標得出了中面層高溫性能的變化趨勢。主要得出以下結(jié)論：

通過分層漢堡車轍試驗能夠較好的評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，可以將其應用在既有瀝青道路路高溫穩(wěn)定性的鑒別中，同時可將車轍深度分級標準來作為參考。

隨著各路段現(xiàn)場車轍變形程度的增大，中面層漢堡車轍深度表現(xiàn)出先降低后增大的趨勢。這說明中面層高溫性能表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢；中面層高溫性能發(fā)生變化的臨界值為現(xiàn)場車轍深度15mm，此臨界值給中面層養(yǎng)護方式的選擇和制定提供理論支撐。

整體上中面層的變形率會隨著車轍深度的增加而增加，普通瀝青在車轍深度為15mm，即中面層變形率分別為11%時，路面中面層高溫穩(wěn)定性逐漸降低。

通過中面層變形率的變化趨勢和變形指標來對其高溫性能的變化情況進行判斷，能夠在一定程度上替代室內(nèi)檢測試驗，可在較快時間內(nèi)完成中面層性能檢驗。