劉 歡，肖 強(qiáng)

（1.湖北交投高速公路運(yùn)營(yíng)集團(tuán)有限公司，武漢 430074；2.湖北交投智能檢測(cè)股份有限公司，武漢 430100）

交通道路的面層主要有瀝青路面和水泥路面2種形式，分別采用瀝青混凝土和水泥混凝土鋪筑。瀝青路面因具有舒適度高、噪音低和易于維修等一系列的優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用；水泥路面強(qiáng)度高、脆性大，在一些長(zhǎng)期處于重交通的地方使用較多，如收費(fèi)站，同時(shí)其也被廣泛應(yīng)用于農(nóng)村道路的硬化工程中。因而，相比而言，瀝青路面更適合在高等級(jí)公路中使用。

在設(shè)計(jì)瀝青混凝土?xí)r，馬歇爾設(shè)計(jì)方法和Superpave設(shè)計(jì)方法是2種常用的方法[1-2]。馬歇爾設(shè)計(jì)方法因操作簡(jiǎn)便，且配套設(shè)備比較價(jià)廉，在國(guó)內(nèi)被廣泛采用；Superpave設(shè)計(jì)方法則是美國(guó)戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃（SHRP）的重要成果之一[3-4]。瀝青路面在建設(shè)時(shí)，主要靠壓路機(jī)對(duì)瀝青混凝土的揉搓、碾壓作用成型路面。而馬歇爾設(shè)計(jì)方法在設(shè)計(jì)瀝青混凝土?xí)r，主要依賴(lài)于擊實(shí)儀對(duì)混凝土的擊實(shí)作用來(lái)成型瀝青混凝土試件；而Superpave設(shè)計(jì)方法則依賴(lài)于能對(duì)瀝青混凝土實(shí)施旋轉(zhuǎn)揉搓效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀來(lái)成型瀝青混凝土試件[5]，因而這一過(guò)程較接近路面建設(shè)時(shí)的實(shí)際情況。另外，Superpave設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的瀝青混凝土性能非常優(yōu)良。出于這幾個(gè)方面的原因，近些年Superpave設(shè)計(jì)方法在國(guó)內(nèi)一些高等級(jí)路面工程的建設(shè)中也得到了應(yīng)用。

瀝青是一種溫敏性材料，因而車(chē)載作用使瀝青混凝土在高溫環(huán)境下有產(chǎn)生車(chē)轍破壞的潛能。例如，夏季瀝青路面縱向上常見(jiàn)的坑槽就是瀝青流變疊加車(chē)載破壞造成的。因此，在瀝青混凝土的設(shè)計(jì)階段及瀝青路面服役過(guò)程中，檢測(cè)瀝青混凝土的高溫抗變形性能是獲得性能優(yōu)異瀝青混凝土及保障瀝青路面服役性能的關(guān)鍵工作之一。根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的JTG E20—2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》[6]，采用普通車(chē)轍儀評(píng)價(jià)瀝青混凝土的高溫性能，而Superpave瀝青混凝土的高溫性能評(píng)價(jià)則通過(guò)與其配套使用的專(zhuān)用設(shè)備——漢堡車(chē)轍儀來(lái)完成。普通車(chē)轍試驗(yàn)方法和漢堡車(chē)轍試驗(yàn)方法的不同主要表現(xiàn)在試件成型方法和高溫性能評(píng)價(jià)方法上。前者采用的是輪碾成型的瀝青混凝土板狀試件，后者則是采用的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的瀝青混凝土圓柱體適當(dāng)切割后拼接而成的試件；前者通過(guò)車(chē)轍深度和動(dòng)穩(wěn)定度指標(biāo)評(píng)價(jià)瀝青混凝土的高溫抗變形性能，后者則通過(guò)變形曲線上蠕變段到剝落段的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的碾壓次數(shù)SIP來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的高溫抗變形性能。

普通車(chē)轍儀最早由英國(guó)運(yùn)輸與道路研究試驗(yàn)所（TRRL）開(kāi)發(fā)，目前國(guó)內(nèi)許多設(shè)備廠商也能自行生產(chǎn)該類(lèi)設(shè)備。該類(lèi)設(shè)備不僅操作過(guò)程簡(jiǎn)單，而且價(jià)格便宜；漢堡車(chē)轍儀則需從國(guó)外進(jìn)口，成本高且操作過(guò)程稍顯復(fù)雜，在國(guó)內(nèi)的使用還是受到限制。另外，JTG F40—2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》[7]對(duì)瀝青混凝土高溫性能的要求也是基于普通車(chē)轍試驗(yàn)提出的，所以在國(guó)內(nèi)瀝青路面工程建設(shè)及檢測(cè)中，主要還是依賴(lài)于普通車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果來(lái)評(píng)價(jià)瀝青路面的高溫穩(wěn)定性。考慮到Superpave設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的瀝青混凝土不僅性能優(yōu)越，而且與路面實(shí)際情況更符合，因而很有必要基于普通車(chē)轍儀設(shè)計(jì)一種適用于評(píng)價(jià)Superpave瀝青混凝土高溫性能的方法，以此來(lái)降低Superpave瀝青混凝土的車(chē)轍試驗(yàn)成本。

1 原材料及試驗(yàn)方法

本研究采用的粗集料和細(xì)集料為玄武巖，填料采用石灰石礦粉，瀝青為SBS改性瀝青。采用Superpave設(shè)計(jì)方法和馬歇爾設(shè)計(jì)方法分別設(shè)計(jì)瀝青混凝土，使兩者的合成級(jí)配盡量比較接近。普通車(chē)轍試驗(yàn)儀采用的模具尺寸為300 mm×300 mm×50 mm，馬歇爾設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的瀝青混凝土用于制備尺寸為300 mm×300 mm×50 mm的板狀試件，作為對(duì)照組使用。

為與普通車(chē)轍試驗(yàn)儀的模具尺寸相匹配，制備Superpave瀝青混凝土試件時(shí)，將直徑為150 mm的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試件切割成厚度為50 mm的圓餅；再沿豎直方向?qū)A餅進(jìn)行對(duì)稱(chēng)切割，保證2切割面間的距離為100 mm；按照類(lèi)似的操作制備3個(gè)瀝青混凝土塊，在模具中將其拼接在一起，周?chē)障恫捎盟嗷炷撂畛?；待水泥混凝土固化后，即完成普通?chē)轍試驗(yàn)用Superpave瀝青混凝土試件的制備，如圖1所示。車(chē)轍試驗(yàn)過(guò)程：采用寬度為5 cm的鋼輪沿瀝青混凝土試件表面中部區(qū)域持續(xù)往復(fù)碾壓1 h；按照式（1）計(jì)算動(dòng)穩(wěn)定度。采用的試驗(yàn)溫度為50℃、60℃、70℃；采用的胎壓為0.7 MPa、0.8 MPa、0.9 MPa。

圖1 普通車(chē)轍試驗(yàn)用Superpave瀝青混凝土試件的制備過(guò)程

式中：DS為動(dòng)穩(wěn)定度，次/mm；l60和l45為輪碾壓時(shí)間分別為60 min、45 min時(shí)，瀝青混凝土試件的最大車(chē)轍深度，mm。

2 結(jié)果與討論

瀝青在常溫下雖然是固體狀態(tài)，但其是一種溫敏性的材料，隨著溫度的升高，其流變性質(zhì)逐漸加強(qiáng)，變得易流淌；同時(shí)在車(chē)載的作用下，瀝青路面會(huì)產(chǎn)生不可恢復(fù)的永久變形。這種變形破壞會(huì)隨著路面溫度和車(chē)載的升高進(jìn)一步變得嚴(yán)重。因而本研究可以結(jié)合這一被公認(rèn)的變化規(guī)律，以常規(guī)板狀試件的車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果為參考，分析采用本研究中設(shè)計(jì)方法成型的Superpave瀝青混凝土試件是否表現(xiàn)出與常規(guī)車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果類(lèi)似的變化規(guī)律，以此判斷本研究提出的試件制備方法是否適用。

瀝青混凝土2類(lèi)試件在不同溫度及不同輪碾壓力下的動(dòng)穩(wěn)定度結(jié)果分別如圖2和圖3所示。可見(jiàn)，不管是采用常規(guī)方法制備的板狀瀝青混凝土試件還是采用改進(jìn)方法制備的Superpave瀝青混凝土試件，兩者動(dòng)穩(wěn)定度均隨測(cè)試溫度和胎壓的升高而快速減小。說(shuō)明瀝青混凝土抗變形能力對(duì)溫度和荷載非常敏感。

圖2 常規(guī)板狀試件的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

圖3 Superpave瀝青混凝土試件的動(dòng)穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果

具體來(lái)看，當(dāng)測(cè)試溫度從50℃升高至70℃時(shí)，在0.7 MPa胎壓下，常規(guī)板狀瀝青混凝土試件的動(dòng)穩(wěn)定度從5 120次/mm下降至2 410次/mm，下降了約53%；在0.8 MPa下，動(dòng)穩(wěn)定度則從4 165次/mm下降至1 812次/mm，下降幅度約為56%；在0.9 MPa下，動(dòng)穩(wěn)定度則從2 906次/mm下降至1 204次/mm，下降幅度約為59%?？梢?jiàn)隨著胎壓的增加，動(dòng)穩(wěn)定度下降幅度也在逐漸上升。整體上來(lái)看，當(dāng)溫度和胎壓分別達(dá)到70℃和0.9 MPa時(shí)，相比溫度為50℃、胎壓為0.7 MPa時(shí)的起始狀態(tài)，瀝青混凝土的動(dòng)穩(wěn)定度衰減了76%，下降幅度非常顯著。這進(jìn)一步支撐了瀝青混凝土抗變形能力對(duì)溫度和車(chē)載變化十分敏感的結(jié)論。

對(duì)于采用改進(jìn)方法制備的Superpave瀝青混凝土試件，如圖3所示，在相同試驗(yàn)條件下，其動(dòng)穩(wěn)定度總小于常規(guī)板狀瀝青混凝土試件；但其動(dòng)穩(wěn)定度隨溫度和胎壓的變化趨勢(shì)與常規(guī)板狀試件相類(lèi)似。當(dāng)測(cè)試溫度從50℃升高至70℃時(shí)，在0.7 MPa胎壓下，Superpave瀝青混凝土試件的動(dòng)穩(wěn)定度從3 805次/mm下降至1 912次/mm，下降了約50%；在0.8 MPa下，動(dòng)穩(wěn)定度則從3 309次/mm下降至1 196次/mm，下降幅度約為64%；在0.9 MPa下，動(dòng)穩(wěn)定度則從2 211次/mm下降至608次/mm，下降幅度約為73%。其動(dòng)穩(wěn)定度下降幅度同樣表現(xiàn)出隨胎壓增加而快速拉大的特點(diǎn)。綜合溫度和胎壓2方面的變化來(lái)看，當(dāng)溫度升高至70℃、胎壓增加至0.9 MPa時(shí)，Superpave瀝青混凝土試件的動(dòng)穩(wěn)定度相比溫度為50℃、胎壓為0.7 MPa的初始狀態(tài)降低了84%。動(dòng)穩(wěn)定度的衰減程度高于普通板狀瀝青混凝土試件。

對(duì)于常規(guī)方法制備的瀝青混凝土和改進(jìn)方法制備的Superpave瀝青混凝土，2類(lèi)試件的車(chē)轍變形特征與動(dòng)穩(wěn)定度的變化規(guī)律非常相似，如圖4和圖5所示。具體來(lái)看，在相同的試驗(yàn)條件下，Superpave瀝青混凝土試件的最大車(chē)轍深度總大于常規(guī)板狀瀝青混凝土試件。當(dāng)溫度升高至70℃、胎壓增加至0.9 MPa時(shí)，常規(guī)板狀瀝青混凝土試件的車(chē)轍深度相比溫度為50℃、胎壓為0.7 MPa的初始狀態(tài)提高了4.9倍；Superpave瀝青混凝土試件的車(chē)轍深度則提高了3.9倍。不同于動(dòng)穩(wěn)定度的衰減程度，Superpave瀝青混凝土試件的最大車(chē)轍深度增加幅度要小于常規(guī)板狀瀝青混凝土試件。

圖4 常規(guī)板狀試件的車(chē)轍深度試驗(yàn)結(jié)果

圖5 Superpave瀝青混凝土試件的車(chē)轍深度試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于采用改進(jìn)方法制備的Superpave瀝青混凝土試件，在相同試驗(yàn)條件下，雖然試件具體的動(dòng)穩(wěn)定度和車(chē)轍深度不同于普通的板狀瀝青混凝土試件。但Superpave瀝青混凝土試件的車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果依然能正確反映出溫度和車(chē)載壓力大小對(duì)瀝青混凝土高溫性能的影響規(guī)律。證明本研究設(shè)計(jì)的適用于國(guó)產(chǎn)車(chē)轍試驗(yàn)的Superpave瀝青混凝土試件制備方法是有效的。