瀝青混合料永久變形參數的取值范圍研究

史紹松

瀝青混合料永久變形參數的取值范圍研究

史紹松

（重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074）

新規范JTG D50—2017《公路瀝青路面設計規范》中增加了瀝青混合料層永久變形的設計指標。但是在車轍預估公式中，對于基本參數R0卻無法提供施工條件下的永久變形范圍參考值。為了解決這一問題，從瀝青路面永久變形機理出發，選取幾種施工常用的瀝青混合料作為研究代表之后，歸納總結了已有文獻中有關瀝青混合料的標準車轍試驗數據，制成初步的取值范圍參考表。為以后道路設計中永久變形量的選取提供依據和參考。

瀝青混合料；永久變形；數據分析；取值范圍表

1 引言

新規范JTG D50—2017《公路瀝青路面設計規范》在舊規范的基礎上增加了瀝青混合料層永久變形的設計指標。新規范要求對每個瀝青混合料層進行分層，根據標準條件下的車轍試驗和車轍預估公式，得到各瀝青混合料的車轍試驗永久變形量，然后累加各層的永久變形量，最終獲得瀝青混合物的總永久變形量，這其中需要進行標準車轍試驗。然而，在設計瀝青路面時，設計人員通常不可能對在施工條件下鋪設的瀝青混合料層進行標準的車轍試驗，從而獲得對應的車轍試驗永久變形量，常常通過經驗取值，沒有可參考的具體范圍。

本文目的主要是統計和分析現有文獻中有關標準車轍試驗下各瀝青混合料的永久變形數據，從而得到相應的取值范圍并通過室內標準車轍實驗試驗對數據進行驗證，最后修正得出取值范圍表。進一步完善預估公式中基本參數的選取，為設計人員提供相應的參考取值范圍。

2 永久變形數據分析

2.1 永久變形機理

瀝青混合料由礦物骨料和瀝青組合而成。礦物顆粒之間的嵌擠力以及瀝青和礦物材料之間的粘附力賦予瀝青混合物一定的力學強度。尹峰[1]系統研究了瀝青混合料永久變形的發展機理，得出瀝青混合料的永久變形與粘結力、摩擦阻力的大小，礦物骨料的級配和瀝青的含量有著不可分離的關系，同時也與混合物中瀝青與礦物之間的相互作用以及瀝青本身的附著力有很大的關系。

2.1.1 結構變形

結構變形指在超過允許強度的一定力施加到瀝青表面層之后包括路基的每個結構層的永久變形。這種變形很大程度上受結構層強度的影響。

2.1.2 側向變形

在日常行車條件下，車輛輪胎反復對瀝青路面施加加載，造成的剪切應力大于瀝青混合料本身所允許的剪切強度。在重復載荷下形成流動變形并最終形成車轍。

2.1.3 壓密變形

由礦料和瀝青拌和而成的瀝青混合料本身就具有一定的空隙，在車輛多次重復碾壓之下，瀝青混合料進行“二次壓密”，從而厚度減薄，最終導致部分凹陷，產生壓密性車轍。

2.1.4 磨損變形

公路最大的用途是提供車輛行駛的通道，所以避免不了各種車輛輪胎的磨耗，尤其是帶釘鏈的輪胎，對瀝青混合料造成的磨耗損傷更大，產生永久變形，進而形成車轍。

2.2 已有文獻數據

2.2.1 代表瀝青混合料的選取

瀝青混合料按照不同的標準可以分為諸多類型，受時間、試驗條件等綜合影響，本文擬選取一些具有代表性瀝青混合料進行數據分析，具體如表1所示。

表1 代表性瀝青混合料的選取

AC-13AC-20AC-25SMA-13 70號基質瀝青√√√ 90號基質瀝青√√√ SbS改性瀝青√√√√

2.2.2 數據整理與分析

2.2.2.1 不同級配

廣義來講，瀝青混合料屬于均相非線性粘彈性介質。若深入看待，那么瀝青混合物則是由線性彈性粗骨料和線性粘彈性瀝青砂漿組成的非均質材料。路明周[2]選用AC-13和AC-16，整理分析永久變形量數據之后發現，AC-13的試驗永久變形量在3.6～4.2 mm之間，AC-16的試驗永久變形量在3～6.8 mm之間。綦舉勝[3]對AC-16和AC-20進行了試驗分析，整理后發現，AC-20的永久變形量在2.2～3.8 mm之間，AC-16的永久變形量在1.3～3.06 mm之間。胥吉[4]結合重慶地區的實際情況，選取當地材料對AC-20、AC-16和AC-13進行試驗，發現AC-20的永久變形量在3.3～ 4.35 mm之間，AC-16的在3.58～4.1 mm之間，AC-13的在2.55～3.3 mm之間。交通部西部科技項目分題四的研究人員對AC-13、AC-20和SMA-13進行了室內標準車轍試驗，結果顯示AC-13的永久變形量在3.31～4.63 mm之間；AC-20的永久變形量在2.77～3.57 mm之間；SMA-13的則在1.19～1.49 mm之間。喻霞[5]通過調研廣西大修工程，選取AC-25，測得其永久變形量在4.2～6.0 mm之間。

綜上，相同的瀝青標號制成的混合料由于級配不同，永久變形量有著明顯的差異。其中，以AC-20為代表的中粒式瀝青混合料的永久變形量總體上要小于細粒跟粗粒式瀝青混合料的量，這也符合朱洪洲等[6]的研究成果。

2.2.2.2 不同瀝青

瀝青根據針入度的不同可以分為不同標號瀝青，加入改性劑或纖維后，瀝青的性能也會有所改變。盧愷[7]制成的AC-16永久變形量在6.733～8.15 mm之間，SBS改性瀝青制成的則在2.236～3.392 mm之間。蔣凱[8]用90號道路瀝青和SBS改性劑制成AC-16，通過試驗得出永久變形量在2.33～3.92 mm之間。根據以上闡述，瀝青的種類對于混合料抗永久變形能力有著非常顯著的影響，用改性瀝青制成的混合料永久變形量大都遠遠小于基質瀝青制成的混合料。

2.2.3 數據綜合整理

2.2.3.1 變異系數

變異系數是用來對一定量數據的變異程度做估算的統計量。變異系數無需參照數據的平均值，這對于參照范圍的數據來說是一個很好的準確度評價指標。

2.2.3.2 數據分析整理

對于各類型瀝青混合料永久變形量，將各類型瀝青混合料的變異系數匯總，如表2所示。

表2 各瀝青混合料永久變形量變異系數（單位：%）

AC-13AC-20AC-25SMA-13 70號9.8812.6212.20 90號18.59.787.14 SBS改性14.99.209.969.20

由表2所知，各瀝青混合料永久變形量的數據變異系數均小于20%，離散程度均較低，準確度較高，可以作為參考范圍。

3 結論

通過改性和基質瀝青混合料的永久變形量對比發現，改性瀝青制成的混合料永久變形量普遍要遠遠小于基質瀝青制成的混合料，即改性瀝青混合料抗高溫性能要強。

對于基質瀝青而言，中粒式的瀝青混合料永久變形量要小于細粒及粗粒式的瀝青混合料，細粒式次之，粗粒式最差；對于SBS改性瀝青，仍然是中粒式在抗永久變形上要表現的最好，但是粗粒式次之，細粒式最差。簡而言之，中粒式的瀝青混合料抗永久變形要比細粒及粗粒好。

經過整合之前的數據以及實驗所得數據，得出參考的瀝青混合料永久變形參數的取值范圍表，如表3所示。

表3 瀝青混合料永久變形參數的取值范圍表（單位：mm）

AC-13AC-20AC-25SMA-13 70號3.3～4.22.4～3.63.3～4.4 90號1.8～4.53.5～4.53.8～5.8 SBS改性2.3～4.01.2～1.51.3～1.61.2～1.5

［1］尹峰.瀝青路面永久性變形發展機理研究［D］.重慶：重慶交通大學，2014.

［2］路明周.瀝青混合料高溫抗車轍性能的試驗研究［D］.蘭州：蘭州理工大學，2008.

［3］綦舉勝.基于車轍試驗的瀝青混合料高溫穩定性評價指標研究［D］.呼和浩特：內蒙古農業大學，2012.

［4］胥吉.重慶地區瀝青混合料高溫穩定性研究［D］.重慶：重慶交通大學，2010.

［5］喻霞.廣西大修工程瀝青路面AC-25的材料組成設計及性能研究［D］.重慶：重慶交通大學，2017.

［6］朱洪洲，黃曉明.瀝青混合料高溫穩定性影響因素分析［J］.公路交通科技，2004，21（4）：1-3，8.

［7］盧愷.瀝青混合料車轍試驗研究及空隙特征分析［D］.衡陽：南華大學，2017.

［8］蔣凱.SBS改性瀝青混合料水穩定性和高溫穩定性試驗研究［D］.蘭州：蘭州理工大學，2012.

U414

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.22.021

2095－6835（2020）22－0054－02

史紹松（1996—），男，重慶奉節人，碩士在讀（碩士），研究方向為道路工程材料及應用。

〔編輯：嚴麗琴〕