碳纖維土工格柵加筋瀝青面層抗車轍性能研究

要文靜

（山西辰潤交通科技有限公司，山西 晉中 030600）

0 引言

高速公路運行速度快，對路面平整度、行車舒適性要求高。高速公路瀝青路面在使用一段時間后往往會出現車轍、裂縫等病害，影響行車安全。土工格柵近年來在公路施工中得到廣泛應用，其中碳纖維土工格柵具有較高的強度和模量，為預防車轍病害，可采用碳纖維土工格柵加筋的方式提高瀝青面層的強度[1-3]。為驗證碳纖維土工格柵的加筋效果，通過車轍試驗檢測高溫抗車轍性能，為實際應用提供理論參考。

1 原材料選擇與檢驗

1.1 瀝青

試驗選擇AC-13、AC-20、AC-25 三種瀝青混合料，瀝青均選擇SBS 改性瀝青，SBS 改性瀝青混合料檢測結果如表1 所示，各項指標檢測結果均滿足設計要求，可以選用。

表1 SBS 改性瀝青混合料檢測結果

1.2 集料

三種瀝青混合料的集料選擇玄武巖，填料選擇石灰巖礦粉。試驗前對集料取樣檢測，并確保物理力學指標滿足設計要求。應嚴格控制礦粉含水量，不得超過1%，外觀無團粒結塊等現象，且指標滿足要求[4]。

1.3 碳纖維土工格柵

試驗選用的碳纖維土工格柵網格形狀為正方形，通過取樣試驗，得出碳纖維土工格柵主要技術參數（見表2）。各項技術參數檢測結果均滿足設計要求，可以選用。

表2 碳纖維土工格柵檢測結果

1.4 級配形式

AC-13、AC-20、AC-25 三種瀝青混合料均采用密級配設計，通過試驗獲得三種瀝青混合料礦料級配，如表3 所示。其中AC-13 瀝青混合料一般作為瀝青路面上面層使用，AC-20 瀝青混合料一般用于中面層，AC-25 瀝青混合料用于下面層。

1.5 最佳油石比

根據上述級配，AC-13 瀝青混合料選取4.0%、4.5%、5.0% 和5.5% 四種油石比，制備試件開展馬歇爾試驗，通過分析試驗結果確定最優油石比為4.6%。同樣根據馬歇爾試驗結果，確定AC-20、AC-25 瀝青混合料最佳油石比分別為4.2%和3.8%。

2 車轍試驗方案

分別選取AC-13、AC-20、AC-25 三種瀝青混合料，分不加筋和碳纖維土工格柵加筋兩種情況，制備車轍板試件開展高溫車轍試驗。試驗車轍板試件共分兩組，一組為AC-13 與AC-20 混合料組合的上中面層，另一組為AC-20 與AC-25 混合料組合的中下面層，分碳纖維土工格柵加筋和不加筋兩種方式制備車轍試驗試塊。試驗選擇SYD-0719C-2 型全自動車轍試驗儀，在試驗加載過程中保持輪壓不變，行走速度為勻速。將車轍板試件連同試模一起放入試驗儀上，試驗輪放置在試件中心，試驗輪行走方向與碾壓方向一致，試驗時間為1h，車轍變形達到25mm 即可停止試驗，試驗中實時采集數據以便于后期分析。

3 車轍試驗結果與分析

3.1 室內車轍對比試驗結果分析

統計車轍試驗數據，得出不加筋和碳纖維土工格柵加筋兩種情況下的車轍板試件動穩定度和車轍深度試驗結果，具體如圖1 和圖2 所示。

圖1 動穩定度試驗結果對比分析圖

圖2 車轍深度試驗結果對比分析圖

分析圖1 得出，采用碳纖維土工格柵加筋后，兩種試件動穩定度均得到明顯提升，說明加筋后瀝青混合料高溫抗車轍性能得到明顯提升。與不加筋情況相比，上中面層組合試件加筋后動穩定度從3.265 次/mm提升到5.068 次/mm，提升幅度為55.2%；中下面層組合試件加筋后動穩定度從2.706 次/mm 提升到4.527 次/mm，提升幅度為67.3%，提升幅度均較大。加筋后動穩定度提高，說明瀝青混合料的高溫抗車轍性能提升[5-7]。

分析圖2 得出，加筋后兩種組合情況的車轍板試件車轍深度均下降，且上中面層下降幅度高于中下面層。與不加筋情況相比，上中面層組合試件加筋后車轍深度從2.354mm 下降到1.965mm，下降幅度為16.5%；中下面層組合試件加筋后車轍深度從2.503mm 下降到2.184mm，下降幅度為12.7%，相比上中面層下降幅度較小。加筋后兩種組合試件車轍深度均有一定幅度下降，且上中面層提升效果較好。結合上述動穩定度對比分析結果，加筋后瀝青混合料動穩定度提升幅度較大，車轍深度上中面層下降幅度較大。由于通常以動穩定度作為評價高溫抗車轍性能的主要指標，因此加筋后瀝青混合料高溫抗車轍性能有較大幅度改善[8-11]。

3.2 車轍高溫變形規律分析

整理試驗期間各時間點車轍板試件表面車轍深度試驗數據，繪制不加筋和碳纖維土工格柵加筋兩種情況下車轍深度變化曲線如圖3、圖4 所示。

圖3 上中面層車轍深度變化曲線

圖4 中下面層車轍深度變化曲線

分析圖3 曲線得出，試驗加載前期車轍變形增幅較大，加載時間達到10min 以上后逐步變緩，與不加筋情況相比，加筋后瀝青混合料車轍變形曲線較緩。在試驗開始后的前10min，車轍變形量增幅較大，而后逐漸下降，在試驗結束后二者車轍深度分別為2.354mm 和1.965mm，采用碳纖維加筋后車轍深度明顯下降。

分析圖4 曲線得出，同樣在加載初期時車轍變形較大，在加載時間超過15min 后車轍增長速率明顯下降，且加筋后車轍深度小于不加筋時。與上中面層相比，中下面層前期所產生的車轍變形更大，這是由于混合料組成不同造成的。車轍變形速率也呈現先快后慢的趨勢，在試驗結束后二者車轍深度分別為2.503mm 和2.184mm，加筋后車轍深度有所下降。車轍深度試驗結果與現場瀝青面層變形情況類似，通車前期瀝青面層處于壓密期，車轍深度增長速度快，而后瀝青面層逐漸達到密實穩定狀態，車轍深度增長速率逐漸下降，由此可見，試驗車轍變化規律與現場車轍形成規律一致。

3.3 不同面層組合車轍變形試驗結果分析

根據圖3 和圖4 中統計的上中面層和中下面層組合的車轍深度試驗數據，分別對不加筋情況下車轍變形和碳纖維加筋情況下的車轍變形進行對比分析。在不加筋的情況下，中下面層組合車轍深度始終高于上中面層組合，在前期增長幅度較大，而后逐漸趨緩，在試驗結束時中下面層組合依然具有較高的增長趨勢。與中下面層相比，上中面層車轍深度較小，但二者變化趨勢相近，且中下面層增長趨勢高于上中面層。在試驗結束時，中下面層組合車轍變形曲線斜率高于上中面層組合，說明在不加筋的情況下上中面層組合具有較好的抗車轍性能。

在加筋的情況下，中下面層車轍深度始終高于上中面層，且在試驗結束時中下面層車轍深度的增加趨勢仍高于上中面層。在試驗初期，二者車轍深度增長速度均較快，而后逐漸趨緩，在試驗結束時中下面層車轍變形曲線斜率高于上中面層，說明中下面層的車轍深度增長趨勢較大。因此，結合上述不加筋情況下的分析結果，與中下面層相比，上中面層組合具有更高的抗車轍能力。

4 結論

為分析采用碳纖維土工格柵加筋后瀝青面層抗車轍性能的改善效果，分別制備AC-13、AC-20、AC-25 三種類型的瀝青混合料，分加筋和不加筋兩種情況制備車轍板試件開展車轍試驗，分析試驗結果得出以下結論：

首先，加筋后兩種組合形式瀝青混合料動穩定度提高，車轍深度下降，特別是動穩定度提升幅度較大，說明加筋可有效提升瀝青混合料的高溫抗車轍性能。

其次，在試驗初期，兩組試件車轍變形增長速度均較快，而后逐漸下降，在采用碳纖維土工格柵加筋的情況下，中下面層和上中面層組合試件車轍深度均下降，且加筋和不加筋情況車轍變形趨勢相同，與現場車轍形成規律一致。

最后，在不加筋和碳纖維土工格柵加筋兩種情況下，中下面層組合試件車轍深度均高于上中面層組合，且在試驗結束后仍具有較高的增長趨勢，因此得出上中面層組合的高溫抗車轍性能優于中下面層組合。