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《山東交通科技》2014年第二期

1室內(nèi)車轍試驗及分析

1．1原材料性質(zhì)本車轍試驗選用的是AC－16瀝青混合料級配見表1，并設(shè)計了純?yōu)r青路面、低強度玻纖格柵瀝青路面、高強度玻纖格柵瀝青路面、聚酯玻纖布瀝青路面四種路面形式進行對比分析，研究玻纖格柵對瀝青路面高溫性能的影響，并進一步分析不同強度玻纖格柵瀝青路面高溫性能。在本試驗中，將這依次將四種路面形式編號為1#、2#、3#、4#。瀝青采用中海70#基質(zhì)瀝青，瀝青技術(shù)參數(shù)見表2，玻纖格柵與聚酯玻纖布的參數(shù)見表3、表4。

1．2試驗方法本試驗的試驗方法按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》進行，車轍板尺寸為300mm×300mm×100mm車轍板。為更好模擬瀝青面施工條件，車轍板采用輪碾成型機碾壓成型。在裝瀝青混合料過程中，當車轍板混合料填筑高度為模具高度的3/5時，將混合料表面攤平后放置玻纖格柵或者聚酯玻纖布。進行四組試驗，每組進行再進行3個行試驗，每個平行試件的混合料作一次拌和。試驗儀器采用HYCZ－5A雙輪自動車轍試驗儀，試驗輪為橡膠制的實心輪胎，外徑為200mm，輪寬為50mm，橡膠層厚度為15mm，試驗輪壓與標準軸載一致為0.7MPa，試驗溫度設(shè)置為60℃。車轍試驗通過在高溫條件下，使瀝青膠結(jié)料表現(xiàn)出一定的流動性，并通過試驗輪胎對車轍板的反復碾壓作用，使得瀝青混合料被進一步壓實，瀝青膠結(jié)料發(fā)生剪切變形，集料發(fā)生相對位移，并以車轍的形式表現(xiàn)出來。車轍試驗以轍槽的深度RD(mm)與動穩(wěn)定度DS(每產(chǎn)生1mm轍槽深度所需的輪壓次數(shù))來評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

1．3試驗結(jié)果及分析根據(jù)試驗結(jié)果計算動穩(wěn)定度DS，按照規(guī)范可知計算公式: 為了進一步研究轍槽深度隨試驗時間的變化規(guī)律，記錄了車轍試驗為40min，45min，50min，55min，60min時所對應(yīng)的轍槽深度，并繪出各組試件轍槽與時間的關(guān)系曲線圖見圖1～圖5，車轍試驗動穩(wěn)定度指標及平均轍槽深度見圖6。從圖1可以看出，純?yōu)r青路面試件的車轍深度隨著輪壓時間的增加而增大，且增加幅度較大，3個平行試件的40min時的車轍深度與最終的車轍深度均保持在0.25mm左右，且最終車轍深度較深。試驗的前40min車轍深度發(fā)展較快，這主要是由于混合料的進一步壓實而產(chǎn)生，即所謂的壓密型車轍;后期由于輪壓的作用，瀝青出現(xiàn)剪切變形，使得集料發(fā)生相對位移，但因為混合料的壓實度已經(jīng)達到較高的水平，所以車轍深度發(fā)展較慢，而此時車轍主要為失穩(wěn)型車轍。從圖2可以看出，低強度玻纖格柵瀝青路面試件的車轍深度同樣隨碾壓時間的增加而增大，但在后40min車轍深度的增加幅度較小，3個平行試件均保持0.2mm左右的增長量。車轍成因與圖1分析類似。從圖3可以看出，高強度玻纖格柵瀝青路面試件的車轍深度同樣隨著碾壓時間的增加而增大，但與2#試件類似，后40min車轍深度的增加量較小，而且最終的車轍深度明顯比1#及2#要小，這說明3#試件的成型效果更好，由此產(chǎn)生的壓密型車轍深度較小。從圖4可知，聚酯玻纖布瀝青路面試件的車轍深度隨著加載時間的增加而增大，加載40min時的車轍深度明顯要比3#大，且后20min車轍深度的增加量也較大，保持在0.25mm左右。這說明4#瀝青路面的壓實效果不如3#好。從圖5可以看出，4種瀝青路面類型車轍試驗加載40min時車轍深度大小依次為1#＞2#＞4#＞3#，60min時車轍深度大小依次為2#＞1#＞4#＞3#，這說明高強度玻纖格柵路面的壓實效果最好。且40～60min內(nèi)3#的車轍增加量也較小，這表明3#瀝青路面的在車輛荷載作用下產(chǎn)生的剪切流動變形較小。從圖6可以看出四種路面類型的車轍最終深度大小依次為2#＞1#＞4#＞3#，3#的車轍深度僅為0.92mm，比1#的1.79mm減小了約1倍，而2#的車轍度為1.91mm，比1#要大，更是3#的2倍多。動穩(wěn)定度的大小依次為3#＞4#＞2#＞1#，3#的動穩(wěn)定度為9909次/毫米，比1#的3438次/毫米增大了近2倍，同樣2#及4#的動穩(wěn)定也要比1#大，但增加幅度較小。這說明高強度玻纖格柵能夠顯著提高瀝青路面的壓實效果，增強抗車轍能力，提高高溫穩(wěn)定性性能。低強度玻纖格柵和聚酯玻纖布雖然也能在一定程度上提高車轍試驗的動穩(wěn)定度，但是車轍深度仍較大，對于提高瀝青路面的抗車轍能力并不顯著。

2格柵抗車轍機理分析

2．1抑制裂縫的發(fā)展瀝青路面的裂縫通常由層底向上發(fā)展，當層底最大拉應(yīng)力超過瀝青面層的最大抗拉強度時面層底面則會出現(xiàn)裂縫，在車輛荷載的重復作用下裂縫不斷向上延伸，那么整個瀝青結(jié)構(gòu)層中抵抗拉應(yīng)力作用的厚度逐漸減小，裂縫發(fā)展加快，最終導致路面開裂。裂縫產(chǎn)生破壞了路面結(jié)構(gòu)的整體性及礦料骨架的完整性，加速車轍的產(chǎn)生。玻纖格柵的設(shè)置能夠?qū)r青混合料中的粗集料起到一種“套箍”作用，當裂縫發(fā)展至玻纖格柵處時，受到玻纖格柵縱向筋的抑制而不能進一步的發(fā)展，只有當玻纖格柵被拉應(yīng)力破壞后裂縫再能繼續(xù)發(fā)展，所以玻纖格柵強度時影響裂縫發(fā)展的關(guān)鍵因素。

2．2抑制車轍的發(fā)展由于高溫瀝青處于流動狀態(tài)，加上車輛荷載破壞了礦料骨架，使得粗集料發(fā)生相對位移，進而從宏觀上表現(xiàn)為車轍，所以提高抗車轍能力的關(guān)鍵是增強礦料骨架的整體性。而玻纖格柵的設(shè)置，正好對粗料有一種“套箍”作用，能夠顯著提高礦料骨架的整體性。即使在高溫條件下瀝青表現(xiàn)出一定的流動性，但是由于玻纖格柵的存在，使粗集料整體性不被破壞，從而抑制粗集料的相對位移，進而提高瀝青路面的抗車轍能力。玻纖格柵提高瀝青路面抗車轍能力的關(guān)鍵因素仍是玻纖格柵的強度，高強度玻纖格柵能夠在承受較大的拉應(yīng)力，較長時間的溫度和車輛疲勞應(yīng)力作用，這與車轍試驗所得的結(jié)果相符，即高強度玻纖格柵瀝青路面的抗車轍能力比低強度玻纖格柵要強。

3結(jié)語

瀝青路面車轍由結(jié)構(gòu)型車轍、失穩(wěn)型車轍及磨耗型車轍組成。通過車轍試驗表明，由于玻纖格柵對粗集料會產(chǎn)生“套箍”作用，能夠抑制裂縫和車轍的發(fā)展，高、低強度玻纖格柵和聚酯玻纖布都能夠提高瀝青路面的抗車轍能力，但是高強度玻纖格柵的效果最好，即高溫穩(wěn)定性最好。而且高強度玻纖格柵瀝青路面車轍試驗最終形成的車轍深度明顯小于其他路面類型。

作者：張榕情單位：深圳市市政設(shè)計研究院有限公司