沥青混合料汉堡车辙试验温度的探讨

张亚娟

（山西省交通建设工程质量检测中心（有限公司），山西 太原 030032）

0 引言

目前国内评价沥青混合料的抗车辙性能常采用汉堡车辙仪。汉堡车辙仪可以在不同温度条件下采用板状试件或圆柱形试件在干式或浸水条件下进行试验。以此来分析沥青路面车辙的成因及沥青混合料高温稳定性。但现有的试验方法在试验温度方面存在一些异议，例如：美国科罗拉多州选用40℃、45℃、50℃、55℃的试验温度，德克萨斯州选用50℃试验温度[1]，对比国外一些汉堡车辙试验方法，发现不同国家和区域汉堡车辙试验温度并不相同。因此，本文采用美国汉堡车辙仪在不同温度下进行汉堡车辙试验，分析不同温度下沥青混合料性能，探讨适合的汉堡车辙试验温度。

1 试验方案

1.1 沥青混合料的选择

本文采用4 种不同的沥青混合料进行汉堡车辙试验，4 种沥青混合料分别为：普通沥青混合料AC-13[2]、改性沥青混合料AC-13[2]、普通沥青混合料AC-20[2]、改性沥青混合料AC-20[2]。根据沥青路面设计规范典型沥青路面结构厚度，选定AC-13 试件厚度为4 cm，AC-20 试件厚度为6 cm。汉堡车辙试验评价沥青路面性能尽可能模拟现场压实空隙率，查阅相关资料及工程实践，空隙率暂定为7%。在不同的试验条件下进行汉堡车辙试验，普通沥青混合料分别选用50℃、55℃水浴环境，改性沥青混合料分别选用 50℃[1]、55℃、60℃[1]水浴环境进行汉堡车辙试验，根据试验结果综合分析水和温度对汉堡车辙试验结果的影响。

1.2 试验参数

a）试验环境 水浴；

b）试验温度 50℃、55℃、60℃；

c）加载次数 20 000 次，（52±2）次 /min；

d）控制最大试件变形 20 mm；

e）加载方式 试验轮宽为 47 mm，荷载重705 N（158 Lb，1 Lb=454 g）。增加或减少砝码来调节载重。

1.3 试验步骤

a）试件安装 用熟石膏将试件紧紧安装在试样盘里。石膏浆按照石膏与水1∶1 的比例进行制作。石膏浆作为填充剂，倒入试件与嵌盘之间的缝隙中，与试件等高。试件下面的石膏浆层厚度不能超过2 mm；石膏的凝固时间最少应保证1 h。假如试验使用了其他固结材料，它应该能够忍受890 N 的荷载而不破裂。

b）旋转压实试件或路面钻芯试件安装 将高密度聚乙烯模具放入盛样盘中，将切割后的试件嵌入到模具之间。

c）将装好试件的盛样盘放入设备中，拧紧螺栓并固定好。

d）开启测试设备和电脑，打开软件。

e）填写工程信息和试验要求。选择试验温度，根据应用要求，选择输入最大的允许车辙深度和30 min 的预处理时间。

f）选择“自动模式”进行试验。试验开始后，每个位移传感器的读数将自动为零，软件操作界面上将会显示一个零值。将碾压轮轻轻放下，使轮子在试件边缘，荷载轮压在车辙试件上面。按动开始按钮开启试验，水温达到试验设定温度后，经过延迟时间，试验自动开始，当试验达到20 000 次碾压次数后或者车辙深度超过设定的最大车辙深度，试验将停止，软件将自动保存试验数据。

g）抬起轮子，取下试件，清洗水槽、加热管、轮子和温度传感器。使用真空吸尘器吸掉水槽底部颗粒，禁止使用溶剂来清洗水槽。

2 试验结果

4 种沥青混合料汉堡车辙试验结果见表1～表3。

表1 50℃水浴条件下汉堡车辙试验结果

表2 55℃水浴条件下汉堡车辙试验结果

表3 60℃水浴条件下汉堡车辙试验结果

将表1～表3 的数据绘制成荷载作用次数- 汉堡车辙深度的曲线见图1～图5。

图1 试验温度为50℃条件下汉堡车辙试验结果

图2 试验温度为55℃条件下汉堡车辙试验结果

图3 试验温度为60℃条件下汉堡车辙试验结果

图4 不同试验温度下普通沥青混合料汉堡车辙试验结果

图5 不同试验温度下改性沥青混合料汉堡车辙试验结果

3 试验结果分析

由以上试验结果可知：

a）在50℃水浴、55℃水浴试验条件下，根据汉堡车辙深度对轴载作用次数的发展变化规律，可以看出改性沥青混合料的高温抗车辙能力明显大于普通沥青混合料高温抗车辙能力，从蠕变斜率指标大小来区分沥青混合料的抗车辙能力也可以得出同样的结论，可见利用改性沥青可以提高沥青混合料的高温抗车辙能力。对于密级配沥青混合料，公称最大粒径并不是影响车辙深度的决定性因素。

b）在50℃水浴条件下，对于普通沥青混合料当荷载次数小于11 000 次时，普通沥青混合料从车辙深度大小和蠕变斜率指标大小都很难区分其抗车辙能力的好坏，但是随着荷载次数的继续增加，从剥落斜率的大小和剥落点产生的时间可以推断出普通沥青混合料AC-20 的抗车辙能力略微优于普通沥青混合料AC-13 的抗车辙能力，主要原因是沥青混合料随着轴载次数的增加，在温度和水的综合作用下，沥青混合料开始产生初期水损坏，在动水压力反复作用下水慢慢渗透到沥青和骨料接触面，沥青和骨料的黏结强度逐渐被削弱，抵抗车辙的能力开始以沥青的胶结强度和骨料的嵌挤强度为主，后逐渐转变为骨料的嵌挤强度来承担后期的车辙变形。因此普通沥青混合料AC-20 的抗车辙能力后期才能显现出来。

在50℃水浴条件下，对于改性沥青混合料，随着轴载次数的增加，水、温度的共同作用下，都表现出较强的抗车辙能力，很难区分两种改性沥青混合料的优劣。

c）在55℃水浴条件下，对于普通沥青混合料当荷载次数小于8 000 次时，普通沥青混合料很难区分其抗车辙能力的好坏，但是随着荷载次数的增加，普通沥青混合料车辙深度急剧增大，表现出混合料剪切失稳状态，迅速出现拐点，沥青混合料开始剥落，这两种普通沥青混合料均产生了严重的水损坏，荷载作用15 000 次，车辙深度达到20 mm。

在55℃水浴条件下，对于改性沥青混合料当荷载次数小于12 000 次时，改性沥青混合料很难区分其抗车辙能力的好坏，其车辙深度发展趋势基本一致，但是随着荷载次数的增加，改性沥青混合料AC-20 的抗车辙能力略微优于改性沥青混合料AC-13 的抗车辙能力，主要原因跟普通沥青混合料的原因相同，只是在改性沥青的黏结作用下，推迟了改性沥青混合料产生水损坏的时间。

d）在60℃水浴条件下，随着荷载作用次数的增加、高温、动水压力的反复作用下，改性沥青混合料经历了初期压密阶段、固结蠕变阶段，沥青混合料的抗车辙能力急剧下降，车辙曲线很快出现拐点，进入剪切失稳阶段有明显的水损坏出现。但是整个过程中改性沥青AC-13 混合料和改性沥青AC-20 混合料车辙变形的步调基本一致，都过早地产生了严重的水损坏现象，荷载作用18 000 次的时候，车辙深度已达到最大变形20 mm，从而不能真实反映沥青混合料高温抗车辙能力。

4 结论

从以上几点分析可知，水和温度都是影响车辙深度的重要因素，只有当荷载作用次数足够时才能准确反映沥青混合料的抗车辙性能。从图4 中可以看出，55℃的水浴条件对于基质沥青混合料过于苛刻，沥青混合料在荷载作用下很快出现严重的水损坏，从而不能真实反映沥青混合料的抗车辙能力，也就是55℃水浴环境不适宜评价普通沥青混合料的抗车辙性能，对于A 级道路石油沥青采用50℃水浴环境进行普通沥青混合料的汉堡车辙试验比较合适。

从图5 中可以看出，对于改性沥青混合料，50℃水浴条件下，整个试验阶段车辙发展缓慢，无论AC-13 还是AC-20 均表现出较强的抗车辙能力，很难分辨两种混合料的优劣，例如当荷载作用次数达到20 000 次时，改性沥青混合料AC-13 的车辙深度为6.37 mm，改性沥青混合料AC-20 的车辙深度为6.34 mm，两者的车辙深度相差0.03 mm，数值非常接近，可以考虑在试验误差范围内。在55℃水浴环境下两者的车辙深度相差1.74 mm，可以明显分辨两者的高温性能。因此如果采用50℃水浴环境进行汉堡车辙试验，评价改性沥青混合料的抗车辙性能具有一定的局限性，如果要准确分辨两种改性沥青混合料的性能，可以考虑适当升高试验温度。但如果采用60℃水浴环境，改性沥青混合料较早地产生水损坏，不能真实反映改性沥青混合料的抗车辙性能，环境温度过于苛刻。因此改性沥青混合料的汉堡车辙试验采用55℃水浴环境比较合适。