２０１５年第９期 北 方 交 通 ＤＯＩ：１０．１５９９６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｂｆｉｔ．２０１５．０９．０１４ 文章编号：１６７３—６０５２（２０１５）０９—００４７—０４ 基于浸水车辙试验的沥青混合料高温性能研究 尹翔 ，卢天翔 ，宗 炜 ，曾 靳 ，尹中文 武汉市４３００５１；２．湖北省谷竹高速公路建设指挥部十堰市４４２１００） （１．湖北省交通规划设计院摘要：针对高速公路沥青路面长大纵坡、弯道处等特殊路段高温稳定性不足，优选ＳＢＳ改性沥青混合料、高 模量沥青混合料，成型不同沥青面层结构的复合车辙板，进行浸水车辙试验，分析两者在不同的温度和荷载下对沥 青面层抗高温形变的影响，为特殊路段沥青面层材料的选择和结构设计提供重要参考。结果表明：高模量剂对沥 青混合料的高温稳定性提升效果更显著，为提高沥青面层耐久性提供了重要参考。 关键词：沥青路面；ＳＢＳ改性沥青；高模量剂；浸水车辙试验 中图分类号：Ｕ４１４．０１ 文献标识码：Ｂ 沥青路面抗车辙性能一直是路面研究者关注的 １原材料及配合比 焦点。根据成因不同，沥青路面车辙主要分为流动 型、结构型、压密型和磨耗型…。本文主要针对沥 青路面流动型车辙病害，其产生的主要原因是在炎 热季节，重载车辆持续作用下，由于沥青混合料高温 稳定性不良，荷载应力超过沥青混合料所能承受的 稳定性应力极限，沥青混合料发生流动变形且不断 累积形成。现场表现为沥青路面出现了大量的横向 推移、拥包、车辙等严重病害。尤其在长大纵坡中部 １．１基质沥青 依据《公路沥青路面施工技术规范｝ＪＴＧ Ｆ４０— ２００４，结合湖北省交通、气候条件，该地区气候分区 属１—３—１，属夏炎热冬冷潮湿区，本文选用进口 ＳＫ７０＃基质沥青，技术指标见表１。 表１ ＳＫＴ０＃沥青技术指标 至顶部区域，这类病害特别突出。近年来的研究表 明，通过采用ＳＢＳ改性沥青、高模量沥青混凝土 （ＨＭＡＣ）、纤维加强等可大幅度提高沥青混合料的 高温稳定性，从而改善沥青路面的抗车辙性能 Ｊ。 通过对车辙病害路段钻芯取样发现，沥青面层 表面下５～１０ｃｍ是车辙产生的主要部位，即中、下 面层。另外根据相关调查资料表明，夏季高温期沥 青路面内部温度比表面温度要高，测得同一时刻沥 青路面结构层内最高温度处为沥青面层下２ｃｍ，最 高温度达到了６８℃＿３ Ｊ。本文根据工程应用的实际 情况，分别在试件中面层混合料中掺人高模量剂和 ＳＢＳ改性沥青，成型上面层为４ｃｍＡＣ一１３Ｃ、中面层 为６ｃｍＡＣ一２０Ｃ的复合结构车辙板。通过浸水车辙 试验，验证４种不同结构复合板在不同温度和荷载 １．２ ＳＢＳ改性沥青 湖北省高速公路上面层沥青普遍采用ＳＢＳ（Ｉ— Ｄ）改性沥青 ｊ，本文改性沥青为国创有限公司生 产，其技术性能见表２。 １．３高模量剂 本文采用的高模量剂为法国产ＰＲ ＭＯＤＵＬＥ， 作用下的高温稳定性能，分析ＳＢＳ改性沥青与高模 量剂对沥青混合料高温稳定性能的影响。 呈黑色，外观为２～４ｍｍ固体颗粒状。其主要成分 为改性的高密度ＰＥ及低密度ＰＥ，属于热塑性树脂 －－——４８－－—— 北 方 交 通 ２０１５年第９期 表２ ＳＢＳ（Ｉ—Ｄ）改・陛沥青技术指标 类，仅软化不溶解，燃烧无气味。其组成中９５％以 上为纤维聚合物，５％以下为填充物 。其主要技 术参数见表３。 表３ ＰＲＭＯＤＵＬＥ主要技术参数 １．４集料 试验所用粗、细集料均为辉绿岩，产地为京山石 料场，矿粉为磨细的石灰石粉。按照《公路工程集 料试验规程》的要求测定粗、细集料和矿粉主要技 术指标，均满足现行规范要求。 １．５配合比设计 试验车辙板上面层为４ｅｍ厚ＡＣ一１３Ｃ型沥青 混合料，下面层为６ｅｍ厚ＡＣ一２０Ｃ型沥青混合料的 复合结构，最佳油石比分别为４．７％和４．１％。设计 级配分别见表４、表５。 表４ ＡＣ一１３设计级配 ＿筛孔２６．５ １９ １６ １３．２ ９．５ ４．７５ ２．３６ １．１８ ０．６ ０．３ ０．１５ ０．０７５ 【ｍｌｎ Ｊ ２复合板浸水车辙试验 ２．１复合板结构类型 试验复合板下面层采用４种不同的沥青混合 料，见表６。通过浸水车辙试验，分析试件经过轮载 碾压下在不同温度、荷载下的沥青混合料高温稳定 性能。其中，高模量剂的掺量为沥青混合料的 ０．４％［ 表６ ４种复合板结构类型 ２．２浸水车辙试验 浸水车辙试验是评价沥青混合料在水作用下的 高温稳定性较简单和有效的试验方法。试验依据 《沥青混合料车辙试验》（Ｔ０７１９—２０１１）的要求，将 沥青混合料成型为３００ｍｍ ｘ ３００ｒａｍ×１００ｒａｍ的复 合车辙板试件，将其置于试验标准温度６０％的水浴 中５个小时以上，试验标准轮压为０．７ＭＰａ的实心 橡胶轮，进行一个小时的反复碾压，形成车槽，在加 载过程中数据采集系统可定时自动对试件表面的车 辙变形量进行采集，并实时绘制出动稳定度ＤＳ（每 产生１ｍｍ辙槽所需的碾压次数）与运行时间的关系 曲线图。当达到预先设定的试验运行次数时，加载 轮停止工作，试验完成。本文采用全自动车辙试验 仪，如图１、图２所示。 图１浸水车辙试验仪 ３浸水车辙试验结果分析 将上述４种结构车辙板试件分别编号，一组在 ６０℃下浸水５ｈ，轮载０．７ＭＰａ下进行浸水车辙试验； 一组在７０℃下浸水５ｈ，轮载０．７ＭＰａ下进行浸水车 辙试验；一组在６０℃下浸水５ｈ，轮载０．９ＭＰａ下进 ２０１５年第９期 尹翔等：基于浸水车辙试验的沥青混合料高温性能研究 ７Ｏ０ｏ 一４９一 ６００ｏ 一 图２ 浸水复合车辙板试件 行浸水车辙试验。试验结果如表７。 表７ ４种复合板标准浸水车辙试验结果 一ｇＩＩｌ ２） 需 从试验结果可以看出，４种复合板在６０℃浸水 ０．７ＭＰａ浸水车辙试验条件下、在７Ｏ℃浸水０．７ＭＰａ 浸水车辙试验条件下、在６０￣Ｃ浸水０．９ＭＰａ浸水车 辙试验条件下动稳定度大小依次为Ｂ＞Ｄ＞Ａ＞Ｃ， 相对变形量大小依次为Ｃ＞Ａ＞Ｄ＞Ｂ。上述结果表 明：在不同试验条件下，中面层掺入ＰＲ的结构Ｄ比 中面层采用ＳＢＳ改性沥青的结构Ａ抗车辙能力显 著改善；ＳＢＳ改性沥青和高模量剂共同作用下的结 构Ｂ抗车辙性能最好。 将以上４种复合板在３种不同试验条件下测得 的动稳定度和永久变形量试验结果放置同一个坐标 系对比分析变化量，如图３、图４所示。 从图３结果可以看出，结构Ａ（中面层ＳＢＳ改性 沥青）、结构Ｄ（中面层７０＃＋ＰＲ）、结构Ｂ（中面层 ＳＢＳ＋ＰＲ）和结构Ｃ（中面层７０＃）在温度为７０％的 试验２中动稳定度比标准条件的试验１分别减少了 １９６２次／ｍｍ、１４６８次／ｍｍ、１３８６次／ｍｍ和１７５９ 次／ｍｍ，在轮载为０．９ＭＰａ的试验３中动稳定度比 ＼ 试验１ 试验２ 试验类型 图３ ３组试验动稳定度变化量 宕黔 ∞墙 Ｍ ８ ６ ４ ２ ｏ 试验１ 试验２ 试验类型 图４ ３组试验变形量变化量 试验１分别减少了２４３４次／ｍｍ、２８７６￣．Ｊｍｍ、３１５１ 次／ｍｍ和２１５５次／ｍｍ。从图４中可以得出，结构 Ａ、结构Ｄ、结构Ｂ和结构Ｃ在试验２中相对总变形 比试验１分别增加了ｌＯｍｍ、６ｍｍ、５ｍｍ和８．７ｍｍ。 在试验３中相对总变形比试验１分别增加了１２ｍｍ、 ９．６ｍｍ、６．１ｍｍ和１３．７ｍｍ。上述结果表明：对于不 同结构复合板，温度和荷载的提升对沥青混合料抗 车辙性能均负面影响巨大；同一种结构复合板，荷载 作用比温度对沥青混合料高温性能负面影响更显著。 ４结论 （１）优选ＳＢＳ改性剂和高模量剂对沥青混合料 的高温稳定性提升效果明显，有利于提高特殊路段 沥青面层结构的耐久性。 （２）掺人一定量的高模量剂比单独使用ＳＢＳ改 性沥青对沥青混合料高温稳定性能提升更明显。 （３）对于相同的沥青面层结构，环境温度升高 ｛；｝船｛一５０一 北 方 交 通 工大学，２００８． ２０１５年第９期 １０℃和荷载提高０．２ＭＰａ相比，荷载对沥青混合料 高温稳定性影响更显著。 参考文献 ［１］沈金安．高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策［Ｍ］．北 京：人民交通出版社，２００４． ［４］ 陈光新，张厚记．湖北省高速公路建设标准化指南（第五分 册）：路面工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０１３（６）． ［５］ 赵锡娟．高模量沥青混凝土材料组成及路用性能研究［Ｄ］．西 安：长安大学，２０１０（４）． ［６］ 孙风．掺加ＰＲ Ｍｏｄｕｌｅ的高模量沥青混合料的路用性能研究 ［２］胡玲玲，卢辉．高模量沥青混合料模量对比评价［Ｊ］．公路， ２００９（７）． ［Ｄ］．重庆：重庆交通大学，２０１３（６）． ［３］方杨．高抗车辙沥青路面材料开发及应用［Ｄ］．武汉：武汉理 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｈｉｇｈ——ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ Ａｓｐｈａｌｔ Ｍｉｘｔｕｒｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｒｕｔｔｉｎｇ Ｔｅｓｔ ＹＩＮ Ｘｉａｎｇ ，ＬＵ Ｔｉａｎ—ｘｉａｎｇ ，ＺＯＮＧ Ｗｅｉ ，ＺＥＮＧ ｆｉｎ ，ⅢＺｈｏｎｇ—ｗｅｎ （１．Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｗｕｈａｎ ４３００５ １，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｇｕ—ＺＵ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｈｅａｄｇｕａｒｔｅｒｓ Ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｓｈｉｙａｎ ４４２１００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｉｇｈ——ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｐｅｃｉａｌ ｓｅｃｔｉｏｎｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｌａｒｇｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｌｏｐｅｓ ａｎｄ ｂｅｎｄｓ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ—ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ ｒｕｔｔｉｎｇ ｐｌａｔｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｓｐｈａｌｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏｕｒｓｅｓ ｐａｖｅｄ ｗｉｔｈ ＳＢＳ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｍｏｄｕｌｕｓ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅ ａｒｅ ｆｏｒｍｅｄ ｔｏ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｒｕｔｔｉｎｇ ｔｅｓｔ．Ｓｕｃｈ ｔｗｏ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｏ ｓｅｅ ｔｈｅｉｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ａｎｔｉ—ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ａｓｐｈａｌｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏｕｒｓｅ ｉｎ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｌｏａｄｓ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ａｓｐｈａｈ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｐｅｃｉａｌ ｓｅｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｈｉｇｈ ｍｏｄｕｌｕｓ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅ ｈｅｌｐｓ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｇｒｅａｔｌｙ ａｎｄ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｇａｒｄｅｄ ａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏｕｒｓｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ；ＳＢＳ ｍｏｄｉｉｅｄ ａｓｐｈａｌｆｔ ｍｉｘｔｕｒｅ；Ｈｉｇｈ ｍｏｄｕｌｕｓ ａｓｐｈａｌｔ ｍｉｘｔｕｒｅ；Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ ｒｕｔｔｉｎｇ ｔｅｓｔ ”＋”＋”＋”＋”—＿卜“—－卜”—＿卜“—・卜”——卜”＋“＋ —卜”——卜“＋”＋”＋“＋・ （上接第４６页） Ｐｒｅｓｅｎｔｌｙ，ｔｈｅｒｅ ｍａｎｙ ｓｔｕｄｉｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｄｏｎｅ ａｂｏｕｔ ｃｏｌｌａｐｓｉｂｌｅ ｌｏｅｓｓ ｓｏｉｌ，ｉ．ｅ．ｎｅｗ ｌｏｅｓｓ ｓｏｉｌ ｗｈｉｃｈ ｂｕｒｉｅｄ ｓｈａｌｌｏｗｌｙ ａｎｄ ｉｓ ｉｎ ａ ｎｏｎ—ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓｔａｔｅ．Ｐｒｅｓｅｎｔ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｆｏｃｕｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ａｂｏｕｔ ｌｏｅｓｓ ｓｏｉｌ．Ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｌｅｓｓ ｓｔｕｄｉｅｓ ａｂｏｕｔ ｌｏｅｓｓ ｓｏｉｌ ｗｈｉｃｈ ｂｕｒｉｅｄ ｄｅｅｐｌｙ ａｎｄ ｌｏｅｓｓ ｔｕｎｎｅｌ（ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｌａｒｇｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｌｏｅｓｓ ｔｕｎｎｅ１）．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ｏｆ ｌｏｅｓｓ ｔｕｎｎｅｌ ｏｆ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ—Ｘｉ＂ａｎ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｄｅｄｉｃａｔｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｌｉｎｅ，ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ａｎｄ ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｅｓｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｓ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｅｓｓ ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｌｏｅｓｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ；Ｌｏｅｓｓ；Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
