我国对于不同类型沥青混合料的抗车辙性能进行了大量研究,但对组合型的沥青混合料研究均未有普及的研究结论,所采用的结构组合获得的高抗车辙性能与经济性的平衡点均未研究彻底。基于温度梯度的全厚式沥青路面车辙试验突破了车辙温度、车辙厚度、车辙层次对车辙试件的限制,可有效模拟沥青路面的车辙变形情况,具有更明显的实际意义。国内外已有部分学者开发了基于温度梯度的全厚式沥青路面车辙系统,但大都没有完全考虑上、中、下面层各层温度的差异及车轮荷载应力随路面深度的扩散作用,使用了标准车辙试验结果与存在梯度温度的全厚式沥青混合料车辙进行比较,无法表征所处特定温度及层次环境下的沥青混合料的抗车辙性能中国沥青网sinoasphalt.com。
在沥青路面特定层次环境下,为了更加准确的评价不同层次对车辙的影响能力,本文以定量的方法对所处温度及荷载水平的层次分别进行沥青混合料单层车辙试验,温度选择所分析层次的路面平均温度,荷载选择所分析层次顶部静态荷载的压应力,同时进行0.7MPa下的基于温度梯度的全厚式车辙试验,评价不同层次沥青混合料的车辙贡献率。
试验材料及结构
本文选择上面层4cm沥青混合料+中面层5cm沥青混合料+下面层6cm沥青混合料,分3层成型全厚式沥青混合料试件。
不同深度处温度、荷载计算
本文选用可以控制底板温度的全厚式车辙试模进行试验。根据本文试验地区全年最高地表温度为68℃,结合SHRP计划研究结果,计算路面下面层层底温度为50℃。各层沥青混合料进行标准试验时,试验温度分别选择全厚度混合料各层所在位置的平均温度,上面层平均温度为64.1℃,中面层平均温度为57.5℃,下面层平均温度为52.3℃。
根据沥青路面弹性层状理论,沥青路面顶层压力在传递过程中,随深度的增加,压应力在一定的扩展角下进行扩散,呈由大到小逐渐减小的过程。根据不同沥青混合料的20℃静态回弹模量,运用BISAR3软件,计算不同层次的顶面压应力。
可以看出,假设沥青混合料各层层间连续,不同沥青混合料组合后的各层顶面压应力计算值均较为集中,且呈从上到下各层顶面压应力减小的趋势,为了方便各层沥青混合料的车辙试验,上面层车辙压应力选择0.7MPa,中面层车辙压应力选择不同类型混合料中面层顶面压应力的平均值,为0.680MPa,下面层平均值为0.565MPa。
全厚式车辙试验
试验结果
沥青路面车辙影响因素非常多,我国评价方法仍以单层车辙试验结果进行评价,为和实际沥青路面更好的对应,本文选择基于温度梯度的全厚式车辙试验对其进行评价。全厚试结构进行车辙试验时,车辙试验温度顶部选择68℃,底部温度选择50℃,通过10h的全厚式车辙试模保温后开始试验,压应力选择0.7MPa。单层车辙试验中试件厚度选标准车辙厚度5cm。
结果分析
考虑沥青路面各层车辙试验时,底部为车辙试模,底层模量非常大,和实际组合式路面有所不同。根据关宏信的全厚式沥青面层车辙控制标准中全厚式动稳定度预测公式,可以预测出各层动稳定度与全厚式动稳定度之间的关系,两边同乘630,则为左边为全厚式车辙变形量,右侧为上、中、下层车辙变形量之和。
则为全厚式路面车辙变形量为上、中、下各层之和。所以,可以计算出各层沥青混合料的车辙变形贡献率。
可以看出,当3层沥青混合料类型相同时,中面层的车辙贡献率约占整个车辙的2/3,上面层车辙贡献率约占1/3;各种沥青路面结构中,下面层的车辙贡献率非常小,提高下面层动稳定度对全厚式路面动稳定度影响不大。
从类型1、类型2来看,提高上面层抗车辙能力时,车辙贡献率向相对软弱的中面层转移,下面层贡献率仍变化不大;从类型2、类型4来看,提高中面层抗车辙能力时,车辙贡献率向相对软弱的上面层转移,下面层贡献率仍变化不大;从类型1、类型3来看,上、中面层沥青混合料改性类型相同时,两种类型车辙贡献率基本相同;从类型2、类型5来看,增加下面层抗车辙性能,与不增加相比整体抗车辙性能几乎不变。上、中面层车辙贡献率可以相互转换,在结构组合设计时可选择适当释放上面层的抗车辙性能,提高中面层车辙抗车辙性能的方法实现上面层功能层的充分发挥。
结论
(1)选用考虑温度梯度的全厚式车辙试验方法评价沥青路面抗车辙性能具有更为广泛意义,与实际路面更为接近。
(2)各沥青层在相应层次压应力、温度条件下进行单层车辙试验,用于回归全厚式沥青混合料的车辙变形贡献率更为符合路面的实际状态。
(3)本文分析的不同沥青混合料组合时,中面层的车辙贡献率约占整个车辙变形的2/3,上面层车辙贡献率约占整个车辙变形的1/3;提高上面层或中面层的抗车辙性能时,车辙贡献率向上、中面层中相对较弱的一层转移。如果大力提高沥青路面中面层的抗车辙性能,则可以适当降低上面层的抗车辙性能,也可以达到单独提高上面层抗车辙性能的效果,这样可集中经历提高上面层的综合性能。