沥青混合料的高温稳定性是决定车辙病害产生的主要因素，而沥青混合料的弯曲蠕变试验，通过规定温度和应力条件下沥青混合料的蠕变速率来评价沥青混合料的抗变形性能，直接反映了沥青混合料的高温变形特性。针对高温条件下的相关试验，尤其是蠕变试验中相关性能的研究已经取得了丰硕的成果，其中张争奇、罗要飞等通过室内重复加载蠕变试验，研究了沥青混合料的高温蠕变特性，并从蠕变曲线中提取相关力学参数及变化结果，与车辙试验结果进行相关性分析，从而为车辙预估模型提供可靠参数。而吴瑞麟、马光华等通过冻融循环后的车辙试验研究了冻融循环对车辙发展规律的影响情况，从车辙的试验结果来看，冻融循环对沥青混凝土动稳定度DS和车辙深度RD有着较大的影响中国沥青网sinoasphalt.com。但是对于冻融循环后沥青混合料的高温稳定性，以及对车辙病害发展状况的影响并没有完善的研究。而中国季冻区面积占国土面积的50%以上，季冻区冬季持续的低温及冻融循环对沥青混合料的性能有着严重的影响。鉴于沥青混合料在冻融循环后性能会发生显著变化，约15次冻融循环各项性能衰减作用趋于平缓，该文将进行0、5、10、15、20次冻融循环，测定3种不同级配的沥青混合料在不同冻融循环次数后的蠕变参数及车辙评价指标的变化规律，并进行相关性分析，得到能有效反映车辙发展规律的蠕变参数，从而为冻融循环后车辙预估参数的选择提供参考。

试验

材料准备及试件制备

该研究按照鹤(岗)哈(尔滨)高速公路康金收费站路段的路面结构层组成，各面层采用不同级配的沥青混合料，上面层采用4cmAC-13细粒式改性沥青混合料(掺加抗车辙剂)，中面层采用6cmATB-25粗粒式改性沥青混合料(掺加抗车辙剂)，下面层采用4cmAC-20粗粒式基质沥青混合料；抗车辙剂使用KPL高模量改性剂，结合料使用SBS改性沥青及基质沥青。

试验用试件根据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》中的轮碾法进行制作，试件厚度根据集料粒径大小及工程需要进行选择，AC-13型沥青混合料最大粒径小于19mm，宜采用长300mm×宽300mm×厚50mm的板块试模成型；ATB-25和AC-20型沥青混合料最大粒径大于26.5mm，宜采用长300mm×宽300mm×厚80~100mm的板块试模成型。碾压成型的试件应标明碾压方向，室温下冷却48h后方可脱模。蠕变试验所用尺寸为250mm×宽30mm×厚35mm的小梁试件由轮碾板块试件切割制成，试件各尺寸误差应不超过2mm。

试验方法

为了研究冻融循环对沥青混合料性能变化的影响，对于不同级配的沥青混合料分组进行0、5、10、15、20次冻融循环，冻融方法按照规范规定，将饱水试件置于-18℃的冰箱中冰冻16h，再置于30℃的恒温箱中保温12h以上，完成一次冻融；将冻融循环后的每组小梁试件的前3根用于弯曲试验，采用与蠕变试验相同的温度，以50mm/min的加载速率在跨径中央施加集中荷载直至试件破坏，测定试件的破坏荷载为PB；蠕变试验采用弯曲试验中测得的试件破坏荷载的10%作为蠕变试验荷载P0，试验采用科新多功能电子试验机，在30℃的环境温度下进行跨中加载，记录荷载变化过程及跨中挠度曲线，确保变形进入稳定期的时间不少于0.5h，根据需要可加载至试件断裂；进行对应冻融循环后的车辙试验，试验温度为60℃，轮压为0.7MPa，试验进行前，试件需在试验温度下保温5~12h，试验轮行走方向应与试件轮碾压成型方向一致，直至试验时间约1h或最大变形达到25mm时停止试验，根据试验记录确定车辙深度RD与动稳定度DS。

冻融循环下的弯曲蠕变试验

沥青混合料的粘弹性性质，主要表现在高温条件下的蠕变行为，通过蠕变曲线图可以发现在各个阶段蠕变速率是不断变化的，而且变化规律与曲线线形相关性很大，能够反映荷载作用下沥青混合料的抗变形能力，因此测定沥青混合料的弯曲蠕变特性，是研究沥青混合料在高温作用下抗变形能力的行之有效的方法。

弯曲试验

将3种级配的每组小梁试件进行不同次数的冻融循环后，放入30℃的恒温水槽中保温不少于45min，试验时以50mm/min的速率加载，得到荷载－跨中挠度曲线，并得到冻融循环后的极限荷载变化情况，随着冻融次数的增加，试件的破坏荷载呈线性下降的趋势，冻融15次以后下降趋势逐渐缓和，整体下降程度为AC-20＞ATB-25＞AC-13，说明冻融循环对沥青混合料的抗变形能力影响较大。

冻融循环下的蠕变试验及分析

取弯曲试验中测得的极限荷载PB的10%作为蠕变试验的加载条件，以50mm/min的加载速度迅速在跨中施加恒定荷载，并保证荷载稳定期不少于0.5h，根据试验数据该文选取的试验时间为4000s。

根据试验得到的蠕变曲线图，可以清楚地分出蠕变试验过程中的3个主要阶段，以ATB-25的蠕变曲线对比图为例，约前500s为蠕变迁移阶段，变形随着荷载瞬间变大而迅速积聚，同时蠕变速率急剧下降；500~3000s为蠕变稳定阶段，荷载降低并稳定在恒定荷载，蠕变速率保持稳定，变形呈线性稳定增加；3000s以后为蠕变破坏阶段，变形迅速增大，试件发生破坏。根据AC-13、ATB-25、AC-20的蠕变曲线对比可以看到：AC-13的稳定期超过4000s，ATB-25在3000s左右，而使用基质沥青的AC-20小于2500s，因此抗变形能力为AC-13>ATB-25>AC-20。经过冻融循环后各级配的变形速度及幅度均有增加，并且随着冻融次数的增加递增，AC-13的蠕变变形增加，但稳定期还保持在4000s以上，而ATB-25与AC-20的稳定期则有不同程度的降低，尤其是AC-20变化明显，冻融使试件加快进入蠕变破坏阶段。蠕变稳定阶段，可以反映沥青混合料抗剪切变形的能力，对评价沥青混合料的抗车辙能力有重要作用，由于冻融循环后试件蠕变变形增加，稳定期降低，说明冻融循环降低了混合料的抗剪切变形能力，加剧了车辙的产生。

根据蠕变曲线图提取稳定期数据计算蠕变速率。

可知：各级配沥青混合料试件的蠕变速率随着冻融循环次数的增加而变大，其中使用基质沥青的AC-20混合料蠕变速率经过5次冻融后的增加趋势最显著，增加了2.67×10-6/(s·MPa)，20次冻融循环后达到9.41×10-6/(s·MPa)，结合蠕变曲线图，其变形量也是最大，接近20mm；ATB-25型混合料在5次冻融后变化较大，但之后蠕变速率增加趋势降低；AC-13混合料在冻融循环后蠕变速率变化最小，20次冻融循环后才达到1.4×10-6/(s·MPa)；在经过15次冻融循环后，各级配混合料的蠕变速率增长趋势均减缓，蠕变速率趋于稳定，3种级配沥青混合料的抗冻融损伤能力为AC-13＞ATB-25＞AC-20。

冻融循环下的车辙试验

沥青混合料在冻融循环作用下，会对内部结构造成损伤，破坏其原有的骨架结构，使混合料的力学性能受到影响。冻融循环后蠕变变形的增加及蠕变速率的提高，都是由于冻融循环对沥青混合料造成了损伤降低了其高温稳定性，高温稳定性降低会导致很多路面病害的产生，其中车辙病害尤其明显。

为验证冻融循环对车辙的影响，采用与蠕变试验试件制作方法相同的轮碾成形法制作车辙试验试件，并进行不同冻融次数下的车辙试验，试验温度60℃，轮压0.7MPa，试验前试件在60℃恒温箱中保温5h以上，车辙试验时间持续1h。

可知：随着冻融循环次数的增加动稳定度逐渐降低，3种混合料在5次冻融循环后动稳定度下降幅度最大，其中AC-13下降了15%、ATB-25下降了21.6%、AC-20下降了28.8%，使用基质沥青的AC-20型混合料下降幅度最大；而在15次冻融循环后，下降趋势趋于稳定，较未冻融的试验组，AC-13下降了39%，ATB-25下降了53.4%，AC-20下降了60.3%，同样是AC-20下降幅度最大。

可知：冻融循环后车辙深度整体呈上升的趋势，冻融循环在15次左右车辙深度有小许波动，但整体趋势未变；冻融循环对基质沥青的损伤大于改性，对大粒径沥青稳定碎石ATB-25的损伤明显大于细粒式密级配AC-13的损伤，冻融循环对3种级配混合料抗车辙性能影响顺序为AC-20>ATB-25>AC-13，前5次冻融对沥青混合料的损伤更强，15次以后基本趋于稳定，动稳定度比车辙深度能更好地反映冻融循环对抗车辙性能造成的影响。

蠕变速率与车辙指标的回归分析

将冻融循环后的蠕变试验与车辙试验数据进行对比研究，发现冻融后的数据变化趋势相似，这表明高温稳定性与抗车辙性能在冻融后的发展规律有一定的联系，所以将两种试验数据进行最小二乘法的线性回归分析，研究其相关性。

可以看到，蠕变速率εs与动稳定度DS呈线性负相关，与车辙深度RD呈线性正相关，线性关系很好，其中与AC-13型混合料动稳定度的相关系数最低，为96.51%，其他的相关系数都在97%以上；使用基质沥青AC-20型混合料，其与动稳定度的相关系数达到了99.6%，基质沥青与大粒径混合料在冻融循环后的蠕变特性与车辙指标相关性最好，所以混合料在冻融循环作用下的蠕变特性变化规律能很好地反映车辙的变化规律。

结论

(1)随着冻融循环次数的增加，弯曲破坏极限荷载逐渐降低，蠕变变形逐步增加，前5次冻融循环后变化趋势明显，到15次左右变化趋势趋于缓和；ATB-25与AC-20型混合料稳定期明显缩短，蠕变速率迅速增加，冻融循环降低了沥青混合料的高温稳定性，并且对基质沥青的影响远大于对改性沥青的影响。

(2)冻融循环使沥青混合料的抗车辙性能降低，冻融循环20次后混合料的动稳定度下降了40%以上，其中基质沥青动稳定度下降了60%，同时车辙深度也不断增加，尤其是5~10次冻融循环后增加显著。

(3)不同冻融循环次数后蠕变速率的变化很好地反映了车辙的变化规律，即冻融循环破坏了混合料结构的稳定性，使其高温稳定性降低，导致车辙病害的增加；其相关性大于95%，因此蠕变速率可以作为预估冻融循环作用下车辙发展规律的有效参数。

(4)在冻融循环严重的地区采用密级配改性沥青材料作为面层可以有效降低车辙病害，并可根据蠕变速率有效预估车辙病害情况，为路面的预防性养护提供参考。