沥青混合料高温抗车辙性能评价研究

朱兆勇

摘要： 高温性能是沥青混合料最重要的路用性能之一。该文主要采用了马歇尔稳定度试验、常规车辙试验和APA车辙试验来评价沥青混合料的高温性能，并分析3种方法的优劣。

关键词： 沥青混合料;动稳定度;APA车辙试验

沥青路面在重载作用下造成的车辙、推拥、波浪、拥包等病害使得沥青路面的路用性能迅速下降，当车辙达到一定的深度，将导致沥青路面损害。对于寒冷季节，路面的抗滑性能将大大降低，影响行车安全。减少和延缓车辙的研究具重要意义。本文主要对表面层3种级配进行系列试验，以评价沥青混合料的高温性能。

1 集料级配

3种表面层沥青混合料级配： AC-13F、AC- 13C及Sup- 12.5。3种级配结构如表1所示。

2 沥青混合料高温性能试验分析

2.1 马歇尔试验

大量研究表明，马歇尔试验在评价路面高温稳定性方面存在严重的局限性，仅有很高的马歇尔稳定度并不能保证沥青路面不产生车辙。

对3种级配沥青混合料在最佳油石比下进行马歇尔试验， 结果如表2所示。

从各级配比较来看， 马歇尔稳定度指标均满足规范要求， 且相差不是很大， 从中较难比较各级配高温性能的优劣。同时， 马歇尔稳定度与流值之间的相关性

不好， 流值小的马歇尔稳定度不一定大。因此， 马歇尔稳定度及流值作为沥青混合料高温性能的评价指标意义不大， 只适合在沥青混合料配合比设计中选择最佳沥青用量时使用。

2.2 常规车辙试验

车辙试验是一种模拟实际车轮荷载在路面上行走而形成车辙的工程试验方法。3种级配车辙试验结果如表3 所示。

从表3可以看出， 表面层采用的改性沥青混合料，动稳定度明显偏大。规范规定炎热地区高速公路、一级公路改性沥青混合料的动稳定度不少于2800次/mm，以此来评价表3 均满足要求。

目前动稳定度试验测试结果存在两种情况： 一是同一组试件的变异性较大， 相差30%-50% 是比较普遍的; 二是一些改性沥青的混合料试验动稳定度很高，实际上这样的试验误差已经很大。因此，采用常规车辙试验来评价沥青混合料的高温性能也有一定的局限性。

2.3 APA车辙试验

2.3.1 沥青路面分析仪APA

美国SHRP研究计划中利用沥青路面分析仪（APA） 来进行高温（包括浸水）车辙试验， 通过测定沥青混合料试件在一定高温或浸水条件下的永久变形来评定沥青混合料的高温稳定性。本文采用APA干法车辙试验， 试件在制作过程中按照要求的空隙率水平来计算所需的混合料数量，采用旋转压实机成型圆柱形试件用于试验。成型后实测试件空隙率，若不满足要求，则重新制件。试验时，为便于与常规车辙试验及剪切试验比较，干法车辙试验的温度采用与常规车辙试验及剪切试验同样的温度（60℃）。进行APA干法车辙试验时的荷载采用美国ASTM 推荐的荷载， 即45kg，此时轮压折算为0.69MPa，与常规车辙试验轮压0.7 MPa接近。

当试验条件确定以后，要求试件成型后在室温（25℃）下至少保持4h，然后在APA内环境温度60℃下恒温2h 后再进行试验。

2.3.2 试验结果分析

APA车辙试验运行次数与车辙变形的关系见图1。试验结果见表4。

式中： δ2 为试件的APA 车辙率（%） ; L为试件运行8000次后的变形（mm）;H为试件的高度（mm）。

同样，可在APA干法车辙试验中，采用类似如常规车辙试验计算的方法， 计算得到APA 车辙动稳定度。

通过测量沥青混合料2000-7000次的变形来计算APA车辙动稳定度，主要是基于以下因素考虑：如图1所示， 2000次以后的APA车辙舍弃了初始阶段压密变形，作用7000次时沥青混合料试件没有结构失稳;2000-7000次的变形考虑的是沥青混合料产生车辙变形的稳定阶段，与常规车辙考虑1000-3000次或45- 60min时间有类似之处;一般来说，动稳定度愈大要求位移传感器精度愈高。APA车辙产生的变形相对较大，得到APA车辙动稳定度结果一般在800-2000次/mm之间，远小于常规车辙试验动稳定度，便于传感器的测量。因此，APA车辙动稳定度是评价沥青混合料抗车辙性能较好的指标。

常规的车辙试验与APA车辙试验在试件尺寸、试件成型方式、荷载、荷载轮等条件不同，无法进行定量比较。从表4可以看出，APA车辙变形明显比常规车辙变形大，3种沥青混合料在最佳油石比同一空隙率情况下，8000次车辙变形表面层AC-13C 最小，Sup-13次之，AC-13F最大;APA车辙动稳定度表面层AC-13C最大， Sup-13次之，AC-13F最小;说明沥青混合料高温抗车辙性能AC-13C>Sup-13>AC- 13F。车辙率为轮载作用8000次的车辙变形与试件高度的比值。從表4可以得到， 各级配沥青混合料车辙率均满足小于15%的要求， APA8000次车辙变形与车辙率考虑其荷载作用时间较长，它们是更为直接的评价指标。

沥青路面分析仪（APA） 车辙试验能够模拟交通荷载的作用，较好地反映实际路面车辙损害，是一种较好的动态模拟试验测试方法。

3 结论

（1）马歇尔动稳定度指标与实际路面的情况的相关性不好，基本上不能比较各沥青混合料高温性能的优劣，作为沥青混合料高温性能的评价指标意义不大，只能在沥青混合料配合比设计中选择最佳沥青用量时使用。

（2）动稳定度指标测量最后15min的微小变形未考虑其前3倍时间内的形变发展情况。常规车辙试验时间普遍太短，时间不够，用于评价沥青混合料永久变形性能还远远不够，采用常规车辙试验来评价沥青混合料的高温性能具有一定的局限性。

（3）APA车辙动稳定度是评价沥青混合料抗车辙性能较好的指标。

参考文献

[1]张登良. 沥青路面[M] . 北京： 人民交通出版社， 1999.

[2]黄晓明， 朱 湘. 沥青路面设计[ M] . 北京： 人民交通出版社， 2002.

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