基于重载的沥青混合料抗车辙性能试验研究

文章简要介绍利用苏州高速公路建设工程先导试验段的沥青混合料以美国沥青路面分析仪APA进行抗车辙性能试验的结果。其中包括:70#重交沥青,改性沥青和集料基本性能;重载对车辙深度的影响:对于重交沥青Sup25,试件成型压力0.6MPa,APA试验温度60℃,荷载0.7MPa和0.81MPa;对于改性沥青Sup13,试件成型压力0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa和1.0MPa,APA试验环境:温度70℃,荷载0.7MPa和0.81MPa;分析了不同沥青用量、不同荷载对车辙深度的影响;分析了APA车辙深度与加载次数的关系以及APA车辙深度与动稳定度的关系。研究成果可供有关单位参考。     

新疆岩沥青对高速公路面层抗车辙性能影响研究

高速公路早期病害中车辙首当其冲,其原因有车辆超载、气温、降水等外界因素,也有路面结构设计不足等内部因素。文中基于路面加速加载系统,通过试验模拟不同路面面层结构使用新疆岩沥青或70#基质沥青时车辙深度,分析新疆岩沥青对路面面层抗车辙性能的影响,确定岩沥青最佳掺量,并建立累计荷载作用次数与车辙深度的关系模型,预估路面面层使用寿命。     

钢桥面浇注式+SMA组合结构车辙变形深度预估

为了阐明浇注式沥青混合料室内60 ℃车辙试验结果与实体工程应用中表现出的高温稳定性不一致的原因,揭示钢桥面浇注式沥青混合料+改性沥青SMA组合结构车辙变形发展规律,采用理论研究与工程应用相结合的方法,以马鞍山长江公路大桥为依托,采用建设期现场铺装用沥青混合料成型试件,进行了40 ℃、60 ℃、70 ℃温度条件下、接地压强为0.5,0.7,1.0 MPa的组合结构车辙试验,建立了车辙深度与温度、接地压强、作用次数之间的函数关系。通过试件模型的有限元分析和混合料抗剪强度计算,提出了不同温度、接地压强条件下的抗剪性能参数,建立了与温度、荷载作用次数、抗剪性能参数相关的车辙深度预估模型。同时,根据实桥温度场、轴载谱,分温度、荷载区间进行了轴载作用次数统计和车辙深度计算,并用实桥车辙对预估模型进行验证。结果表明：车辙深度与荷载作用次数呈对数函数关系,与温度和抗剪性能参数呈幂函数关系,相关性显著;所提出的预估模型计算所得车辙累计深度与现场历年实测结果基本一致,该桥15年设计寿命期末的车辙深度预估值将达到2.354 mm;基于实桥结构、铺装材料、交通、气候条件所建立的预估模型,可实现车辙破坏深度的有效预估,对指导中国钢桥面浇注式沥青铺装设计具有重要作用。     

浸水条件下沥青混合料的抗变形能力分析

通过对沥青混合料进行浸水车辙试验，分析了沥青混合料在浸水条件下抗变形能力随试验温度和试验荷载的变化规律，拟合了沥青混合料在浸水条件下动稳定度和试验温度及试验荷载之间的关系方程，相关结论对于沥青混凝土路面车辙与水损坏的综合治理，具有指导意义。     

泡沫沥青冷再生混合料MMLS3试验轮辙曲线特征及影响机理

对泡沫沥青冷再生混合料进行常温条件下的MMLS3加速加载试验，研究泡沫沥青冷再生混合料的长期使用性能，探讨泡沫沥青冷再生混合料的车辙变深度、变形速率及横断面轮辙曲线特征，给出泡沫沥青冷再生混合料车辙深度随加载次数的变化趋势，并对不同加载次数下轮迹处MMLS3试件进行X-ray无损扫描，分析不同加载次数下泡沫沥青冷再生混合料的空隙率分布特征及粗集料运动规律，揭示泡沫沥青冷再生混合料的疲劳损伤规律。研究结果表明：对于未掺加水泥的泡沫沥青冷再生混合料试件，轮迹处车辙沿横断面分布呈U形；掺加1%~2.5%水泥后，泡沫沥青冷再生混合料试件横断面车辙分布呈W形，可采用车辙深度R_DD=AN^B预估不同加载次数N下的车辙深度发展规律；MMLS3加载试验过程中泡沫沥青冷再生混合料车辙发展规律可分为3个阶段，即压密阶段、蠕变稳定阶段、剪切破坏阶段；重复疲劳荷载作用下轮辙变形主要来源于泡沫沥青砂浆压密变形和集料受荷载作用产生的竖向位移及粗集料自身由不稳定状态转变为"平躺"状态所发生的水平转动位移，粗集料取向角随加载次数增大呈指数函数关系减小。     

基于车辙试验的空隙率效应模型的建立

采用常见的3种沥青混合料，旨在通过室内车辙试验，分析不同试件空隙率对车辙试验结果的影响程度，探讨了不同空隙率试件试验结果之间的内在联系。通过大量车辙试验，对比不同孔隙率试件车辙试验结果，发现孔隙率变化会对试验结果产生重大影响。同时，在室内车辙试验的基础上，对不同空隙率、不同轮载作用次数下车辙深度进行回归分析，建立了标准试验条件下，混合料车辙深度的空隙率效应模型（VEM）。分析表明，以7％作为基准空隙率可以得到与实际更为接近的预估车辙深度。该模型可预估不同空隙率混合料在不同轮载作用次数下的车辙深度，也可对不同空隙率试件在不同轮载作用次数下的车辙深度进行转化。     

试验条件对车辙试验影响的研究

鉴于沥青混合料车辙试验对车辆重载、超载、大坡度沥青路面适用的局限因素,即对超载、超高温,坡度等因素考虑不足等原因,依据沥青及沥青路面时间等温效应,在分析剪切作用对沥青混合料车辙影响的基础上,研究了不同试验条件对沥青混合料车辙试验的影响,得出了车辙试验结果与温度、荷载、坡度、冻融循环等条件间关系.     

基于MMLS1/3试验泡沫沥青冷再生混合料轮辙曲线特征及粗集料运动规律

对泡沫沥青冷再生混合料进行常温条件下的MMLS1/3加速加载试验,探讨了泡沫沥青冷再生混合料车辙深度、变形速率及横断面轮辙曲线特征,分析给出了泡沫沥青冷再生混合料车辙深度随加载次数的变化趋势;对不同加载次数下轮迹处MMLS1/3试件进行X-ray无损扫描,分析了不同加载次数下泡沫沥青冷再生混合料的轮辙曲线特征及粗集料运动规律。结果表明,对于未掺加水泥的泡沫沥青冷再生混合料试件,轮迹处车辙沿横断面分布呈U形,掺加1%~2.5%水泥后泡沫沥青冷再生混合料试件横断面车辙分布呈W形,可采用RDD=A×NB预估不同加载次数(N)下的车辙深度(RDD)发展规律;MMLS1/3加载试验过程中泡沫沥青冷再生混合料车辙发展规律可分为3个阶段,即压密阶段、蠕变稳定阶段、剪切破坏阶段;重复疲劳荷载作用下轮辙变形主要来源于泡沫沥青砂浆压密变形、集料受荷载作用产生的竖向位移及粗集料自身由不稳定状态转变为"平躺"状态所发生的水平转动位移,粗集料取向角随加载次数增大呈指数函数关系减小。MMLS1/3试验过程中压密变形主要是由车辆荷载的进一步压实作用引起,主要造成泡沫沥青冷再生混合料中大孔数量减少,微孔数量增多;试件破坏阶段泡沫沥青冷再生混合料内部微孔数量减小,大于1mm3空隙数量增多。掺加适量水泥可约束泡沫沥青冷再生混合料集料产生水平转动位移,具有维持加载过程中泡沫沥青冷再生混合料空隙形状和孔级配变化不大的作用。     

基于粘弹塑性理论的沥青路面车辙分析

应用粘弹塑性理论,研究了沥青混合料一维粘弹塑性本构关系,并运用ABAQU软件建立了柔性基层沥青路面车辙分析的有限元模型,研究了路面车辙的发展规律,经环道试验进行了验证。结果表明:荷载作用初期路面车辙发展较快,而后期车辙发展较慢;路面永久变形主要由绝对车辙引起,侧向隆起仅占15%~30%;随着沥青层厚度增加,车辙增加,但增加幅度逐渐减小;从表层开始沥青层的变形率随深度的增加而逐渐变大,在8 cm处变形率达到最大值,之后逐渐减小;沥青路面车辙主要产生在结构深度20 cm深度范围以内,尤其在4~12 cm之间。另外,进行了重载作用下的路面车辙模拟,对基于车辙等效的轴载换算进行了探讨,提出轴载换算系数为5.9。     

两种车辙试验的对比分析

对一种选定的沥青混凝土在不同温度下进行了车辙仪和APA的车辙试验，并在不同压强下在APA上进行了车辙试验，分析了温度和荷载对于车辙的影响，并对两种试验方法进行了分析比较。     

沥青混合料加速加载试验车辙隆起变形的研究

通过对AC型沥青混合料进行加速加载试验,探究混合料公称最大粒径、温度、荷载条件的变化对沥青混合料路面隆起变形的影响以及隆起变形占总车辙变形的比例。结果表明,用车辙变形面积来评价车辙隆起变形与采用车辙深度来评价车辙隆起变形具有较好的一致性;不同大小的荷载作用下隆起变形的程度受温度的影响显著,高温会导致车辙隆起变形迅速变大;隆起比例只与最终车辙变形总量有关,隆起比例最终值为0．6。     

基于超标准(高温重载)试验条件的抗车辙沥青混合料优化设计研究

为研究超标准(高温重载)条件下沥青混合料的抗车辙性能，以及优选适用高温特重荷载路段的抗车辙沥青混合料配合比，通过改变车辙试验温度与荷载工况进行车辙试验，模拟路面实际受到的高温与重载。选取矿料种类、沥青种类、抗车辙剂NRP掺量、级配类型4个因素，使用正交试验设计法设计车辙试验方案，使用动稳定度评价沥青混合料抗车辙性能的优劣。通过极差分析得到不同因素的影响程度大小，确定优选组合；通过多元回归分析法，拟合3种沥青混合料的动稳定度与抗车辙剂NRP掺量、级配类型、温度和荷载因素之间的关系。试验结果表明：4个影响因素在超标准(高温重载)条件下对沥青混合料的高温稳定性影响程度大小排序为NRP掺量>级配类型>沥青种类>矿料种类；抗车辙沥青混合料最优组合为玄武岩矿料、SMA-13级配、1.5%NRP掺量、SBS改性沥青；多元回归关系式经验证，拟合效果较好。     

超高温地区机场沥青道面的抗车辙性能

为研究超高温重载条件下机场跑道沥青道面的抗车辙性能,通过室内超高温车辙试验,分析车辙深度在不同温度、荷载和层间接触条件下的变化情况以及沥青面层类型、厚度和结构形式对道面高温抗车辙性能的影响。结果表明:增加黏油层或采用改性沥青材料能够显著提高沥青道面在重载条件下的高温稳定性;路面结构形式对沥青面层的高温稳定性有一定影响,其中动稳定度与相对变形指标并不完全一致。     

矿物纤维改善沥青混合料高温稳定性研究

分别采用动态模量试验、动态蠕变试验和车辙试验研究了玄武岩矿物纤维对沥青混合料的粘弹特性及高温稳定性的影响。研究结果表明,矿物纤维掺入后沥青混合料的动态模量和相位角具有相同的变化规律,且纤维的使用能提高沥青混合料的动态模量,表明玄武岩矿物纤维能明显提高沥青混合料的劲度,而60℃时沥青胶浆和沥青混合料的车辙因子增大。高温动态蠕变试验结果也表明,掺入矿物纤维后沥青混合料的流动值增大,达到流动值时循环荷载产生的应变和经历10 000次荷载作用后的应变均能得到大幅度的降低。与未掺矿物纤维相比,掺加0.4%矿物纤维后沥青混合料的动稳定度由5 869次/mm提高到7 656次/mm,同时车辙深度减小,表明矿物纤维能明显提高沥青混合料抵抗高温流动变形的能力。     

改性沥青混合料在长大纵坡路段的应用

为解决高速公路长大坡路段车辙病害严重的问题,结合工程实例,分别从机理分析、沥青混合料设计、室内车辙试验研究,以及现场效果分析等方面对掺加改性剂RA的沥青混合料抗车辙能力进行研究。结果表明,该工程改性剂掺量为0.35%时沥青混合料的抗车辙能力最优;现场试验后车辙平均深度均在2mm以内,改善作用明显。     

无单元Galerkin方法在沥青混凝土路面车辙分析中的应用

运用无单元Galerkin方法对沥青混凝土路面的车辙深度进行了计算,分析了路面的不同结构类型、荷载大小和中面层模量及厚度对路面抗车辙性能的影响。在半刚性路面模型基础上,分析了不同节点布置方案对计算结果的影响。计算结果表明,半刚性路面的抗车辙性能较好,荷载和不同的中面层材料对沥青混凝土路面抗车辙能力有较大影响。因此,为了有效地防止车辙的产生,应该在路面设计时对中面层的抗车辙能力予以考虑。     

动水作用下沥青混合料空隙率演变规律分析

针对浸水车辙试验后沥青混合料试件恒重增大的现象,研究了沥青混合料在水和荷载共同作用(动水作用)下空隙率的演变规律,并分析了这种演变对沥青混合料抗水损坏性能的影响.     

基于层位应力分析的重载沥青路面抗车辙设计研究

从重载条件下的车辆轴载特性分析入手,选取合理的荷载作用计算图式,着重研究重载交通条件下沥青面层内的应力分布水平,分析路面车辙的产生机理及重载条件对车辙深度的影响,并应用车辙预估模型对比不同层位抗车辙改良效果,为设计、施工提供一定的理论支撑。     

高速公路沥青混凝土路面车辙成因分析

为了深入分析高速公路沥青混凝土路面车辙形成的原因,以西户高速公路为依托,在道路不同断面及同一断面车辙处、隆起处和停车道处钻芯取样,测量分析了路面各结构层的变形及其对总车辙变形的影响.并在室内对钻取的试件进行了抽提试验,分析了沥青用量与级配的变化及其对车辙的影响.通过测量和试验发现,中面层发生的流动变形是车辙的主要贡献,而级配偏细以及荷载作用下发生的级配细化是车辙形成的主要原因.严格控制沥青用量、采用S型级配并防止施工过程中的级配离析,是减少车辙的重要途径.     

沥青混合料车辙试验研究

采用沥青混合料车辙仪对6种沥青混合料进行车辙试验，通过对沥青混合料车辙深度与时间及轮碾次数的关系的研究，提出了动稳定度DS1和动稳定度DS2，并进行对比分析得出动稳定度指标DS2较DS1合理。