摘 要

利用单轴贯入试验对不同尺寸的沥青混合料试件进行了抗剪强度检测。结果表明，随着试件尺寸减小，抗剪强度偏差增大;抗剪强度与路面车辙深度有较好的对应关系。对于直径100mm的AC-20中面层芯样，单轴贯入试验能较好地区分其抗车辙能力水平，是一种快速简便的检测方法沥青网sinoasphalt.com。

关键词 道路工程 | 车辙 | 试验研究 | 单轴贯入

0、引言

沥青路面车辙病害的形成主要原因是沥青混合料的剪切变形[1]。过去抗剪强度测试过程复杂设备昂贵，很少在现场测试中采用。常规车辙检测能够利用的指标只有马歇尔稳定度、沥青用量、混合料级配等几项，属于间接评价，与混合料高温稳定性能对应关系较差。也有少数项目采用挖取整块面板进行车辙试验，但是工程量巨大，试验结果可靠性低。

单轴贯入试验能够直接测量抗剪强度，由同济大学孙立军教授等人提出[2]，该试验方法简便易操作，数据直观。崔鹏等人提出公称最大粒径≤16mm的沥青混合料，采用Φ100mm×100mm的标准圆柱形试件;公称最大粒径＞16mm的沥青混合料，采用Φ150mm×150mm的标准圆柱形试件[3]，并给出了非标准高度试件的修正公式。目前现场检测和室内试验中，沥青路面面层芯样的标准直径为100mm[4-5]。上面层AC-13混合料或AC-16混合料的尺寸满足单轴贯入试验要求，但中面层AC-20混合料尺寸偏小。而承担抵抗车辙功能的主要是AC-20中面层[6]，直径100mm的AC-20试件能否适用于单轴贯入试验，并利用其研究车辙病害发生原因呢?本文结合室内成型试件和广东省多条高速公路沥青路面的大量芯样进行了单轴贯入试验的研究。

1、贯入试验曲线

根据单轴贯入试验原理，试验过程中可以获得如图1的曲线。该过程被人为划分为几个阶段，已有文献认为试件的破坏点取破坏拐点而非极值点。

把破坏拐点作为混合料破坏阶段的起始点，在求解混合料抗剪强度时，贯入应力也取该点值[7]。

但是本文通过对广东省8条高速公路钻取的约400个芯样进行单轴贯入试验，认为取破坏极值点作为计算应力更为合理。理由是:(1)试验中发现高度较高芯样试验时能够得到类似图1的曲线，高度较小芯样试验却无法得到，也就意味着不是所有试件在试验时都有完美的弹性工作阶段出现，这就给确定破坏拐点带来障碍，但是所有试件都有明确的极值点;

(2)破坏拐点作为弹性工作阶段的最高点，其取值会随着拟合直线段的数据相关程度的变化而变化，主观性较强，但是极值点是由试验设备客观记录的，具有唯一性和准确性，不存在人为因素;(3)试件到达破坏拐点时并未出现裂纹，形状完整仍能抵抗外力，其数值不能表征混合料最大的抗剪能力，而极值点可以;(4)从道路材料力学试验角度出发，普遍都是以压力或压强最大值作为材料的力学指标，例如水泥混凝土的抗压强度、抗折强度，沥青混合料的马歇尔稳定度，无机结合料的无侧限抗压强度等等，因此单轴贯入试验取极值点，符合一般认识，也便于理解。

2、抗剪强度试验与计算

单轴贯入试验设备为HYD-25型COOPER材料试验机，加载速率为1mm/min，数据采集频率20次/s，加载波形为直线波，试验温度60℃。文献2推荐当试件为Φ100mm×100mm时，贯入压头直径为28.5mm，剪应力系数=0.339;当试件为Φ150mm×100mm时，贯入压头直径为42.0mm，剪应力系数=0.350。两种直径的试件，当高度＜100mm时，剪应力系数和应力均会随着试件高度的减小而增大。当试件直径为100mm时，需采用以下公式进行修正:

结合上述公式,在室内成型了不同尺寸的AC-20沥青混合料。沥青采用东莞东交AH-70号重交通沥青,集料采用广东省河源市紫金芙蓉石场闪长岩石料。试件成型设备采用美国工程兵旋转剪切压实仪。数据偏差计算以150mmx100mm试件为标准值，试验结果见表1。

随着试件高度的增加，抗剪强度逐渐趋近于标准值，偏差总体呈减小趋势;当试件高度为100mm时，采用两种直径得到的试验结果近乎一致。采用大尺寸试件对于保证试验数据准确性是有益的。但是对于沥青路面芯样来说，中面层AC–20直径为100mm，厚度一般为60mm左右，单轴贯入试验能否准确判断这类芯样的抗车辙能力水平成为研究对象。通过对取自于广东省多条高速公路的大量芯样进行了试验研究，列举部分试验结果如表2~表4，其中车辙深度采用三米直尺现场测量。

除个别点外，单轴贯入试验得到的抗剪强度与现场车辙深度有很好的对应关系;车辙病害严重路段的混合料在荷载作用下抗剪强度衰减较大，明显比车辙轻微路段和无车辙病害的路肩抗剪强度低。说明单轴贯入试验对处于不同抗车辙水平的沥青混合料有较好的辨别能力，单轴贯入试验用于评价稍小尺寸AC-20混合料抗车辙性能也是可行的。

3、结语

(1) 随着沥青混合料试件高度增加，抗剪强度偏差减小;

(2) 沥青混合料芯样抗剪强度与路面车辙深度有较好的对应关系;

(3)单轴贯入试验能够对芯样抗剪强度进行定量评价，直接评价抗车辙能力，准确性较高，适用于直径为100mm的中面层芯样，是一种快速简便的检测方法。