瀝青混合料漢堡車轍試驗溫度的探討

張亞娟

（山西省交通建設工程質量檢測中心（有限公司），山西 太原 030032）

0 引言

目前國內評價瀝青混合料的抗車轍性能常采用漢堡車轍儀。漢堡車轍儀可以在不同溫度條件下采用板狀試件或圓柱形試件在干式或浸水條件下進行試驗。以此來分析瀝青路面車轍的成因及瀝青混合料高溫穩定性。但現有的試驗方法在試驗溫度方面存在一些異議，例如：美國科羅拉多州選用40℃、45℃、50℃、55℃的試驗溫度，德克薩斯州選用50℃試驗溫度[1]，對比國外一些漢堡車轍試驗方法，發現不同國家和區域漢堡車轍試驗溫度并不相同。因此，本文采用美國漢堡車轍儀在不同溫度下進行漢堡車轍試驗，分析不同溫度下瀝青混合料性能，探討適合的漢堡車轍試驗溫度。

1 試驗方案

1.1 瀝青混合料的選擇

本文采用4 種不同的瀝青混合料進行漢堡車轍試驗，4 種瀝青混合料分別為：普通瀝青混合料AC-13[2]、改性瀝青混合料AC-13[2]、普通瀝青混合料AC-20[2]、改性瀝青混合料AC-20[2]。根據瀝青路面設計規范典型瀝青路面結構厚度，選定AC-13 試件厚度為4 cm，AC-20 試件厚度為6 cm。漢堡車轍試驗評價瀝青路面性能盡可能模擬現場壓實空隙率，查閱相關資料及工程實踐，空隙率暫定為7%。在不同的試驗條件下進行漢堡車轍試驗，普通瀝青混合料分別選用50℃、55℃水浴環境，改性瀝青混合料分別選用 50℃[1]、55℃、60℃[1]水浴環境進行漢堡車轍試驗，根據試驗結果綜合分析水和溫度對漢堡車轍試驗結果的影響。

1.2 試驗參數

a）試驗環境 水浴；

b）試驗溫度 50℃、55℃、60℃；

c）加載次數 20 000 次，（52±2）次 /min；

d）控制最大試件變形 20 mm；

e）加載方式 試驗輪寬為 47 mm，荷載重705 N（158 Lb，1 Lb=454 g）。增加或減少砝碼來調節載重。

1.3 試驗步驟

a）試件安裝 用熟石膏將試件緊緊安裝在試樣盤里。石膏漿按照石膏與水1∶1 的比例進行制作。石膏漿作為填充劑，倒入試件與嵌盤之間的縫隙中，與試件等高。試件下面的石膏漿層厚度不能超過2 mm；石膏的凝固時間最少應保證1 h。假如試驗使用了其他固結材料，它應該能夠忍受890 N 的荷載而不破裂。

b）旋轉壓實試件或路面鉆芯試件安裝 將高密度聚乙烯模具放入盛樣盤中，將切割后的試件嵌入到模具之間。

c）將裝好試件的盛樣盤放入設備中，擰緊螺栓并固定好。

d）開啟測試設備和電腦，打開軟件。

e）填寫工程信息和試驗要求。選擇試驗溫度，根據應用要求，選擇輸入最大的允許車轍深度和30 min 的預處理時間。

f）選擇“自動模式”進行試驗。試驗開始后，每個位移傳感器的讀數將自動為零，軟件操作界面上將會顯示一個零值。將碾壓輪輕輕放下，使輪子在試件邊緣，荷載輪壓在車轍試件上面。按動開始按鈕開啟試驗，水溫達到試驗設定溫度后，經過延遲時間，試驗自動開始，當試驗達到20 000 次碾壓次數后或者車轍深度超過設定的最大車轍深度，試驗將停止，軟件將自動保存試驗數據。

g）抬起輪子，取下試件，清洗水槽、加熱管、輪子和溫度傳感器。使用真空吸塵器吸掉水槽底部顆粒，禁止使用溶劑來清洗水槽。

2 試驗結果

4 種瀝青混合料漢堡車轍試驗結果見表1～表3。

表1 50℃水浴條件下漢堡車轍試驗結果

表2 55℃水浴條件下漢堡車轍試驗結果

表3 60℃水浴條件下漢堡車轍試驗結果

將表1～表3 的數據繪制成荷載作用次數- 漢堡車轍深度的曲線見圖1～圖5。

圖1 試驗溫度為50℃條件下漢堡車轍試驗結果

圖2 試驗溫度為55℃條件下漢堡車轍試驗結果

圖3 試驗溫度為60℃條件下漢堡車轍試驗結果

圖4 不同試驗溫度下普通瀝青混合料漢堡車轍試驗結果

圖5 不同試驗溫度下改性瀝青混合料漢堡車轍試驗結果

3 試驗結果分析

由以上試驗結果可知：

a）在50℃水浴、55℃水浴試驗條件下，根據漢堡車轍深度對軸載作用次數的發展變化規律，可以看出改性瀝青混合料的高溫抗車轍能力明顯大于普通瀝青混合料高溫抗車轍能力，從蠕變斜率指標大小來區分瀝青混合料的抗車轍能力也可以得出同樣的結論，可見利用改性瀝青可以提高瀝青混合料的高溫抗車轍能力。對于密級配瀝青混合料，公稱最大粒徑并不是影響車轍深度的決定性因素。

b）在50℃水浴條件下，對于普通瀝青混合料當荷載次數小于11 000 次時，普通瀝青混合料從車轍深度大小和蠕變斜率指標大小都很難區分其抗車轍能力的好壞，但是隨著荷載次數的繼續增加，從剝落斜率的大小和剝落點產生的時間可以推斷出普通瀝青混合料AC-20 的抗車轍能力略微優于普通瀝青混合料AC-13 的抗車轍能力，主要原因是瀝青混合料隨著軸載次數的增加，在溫度和水的綜合作用下，瀝青混合料開始產生初期水損壞，在動水壓力反復作用下水慢慢滲透到瀝青和骨料接觸面，瀝青和骨料的黏結強度逐漸被削弱，抵抗車轍的能力開始以瀝青的膠結強度和骨料的嵌擠強度為主，后逐漸轉變為骨料的嵌擠強度來承擔后期的車轍變形。因此普通瀝青混合料AC-20 的抗車轍能力后期才能顯現出來。

在50℃水浴條件下，對于改性瀝青混合料，隨著軸載次數的增加，水、溫度的共同作用下，都表現出較強的抗車轍能力，很難區分兩種改性瀝青混合料的優劣。

c）在55℃水浴條件下，對于普通瀝青混合料當荷載次數小于8 000 次時，普通瀝青混合料很難區分其抗車轍能力的好壞，但是隨著荷載次數的增加，普通瀝青混合料車轍深度急劇增大，表現出混合料剪切失穩狀態，迅速出現拐點，瀝青混合料開始剝落，這兩種普通瀝青混合料均產生了嚴重的水損壞，荷載作用15 000 次，車轍深度達到20 mm。

在55℃水浴條件下，對于改性瀝青混合料當荷載次數小于12 000 次時，改性瀝青混合料很難區分其抗車轍能力的好壞，其車轍深度發展趨勢基本一致，但是隨著荷載次數的增加，改性瀝青混合料AC-20 的抗車轍能力略微優于改性瀝青混合料AC-13 的抗車轍能力，主要原因跟普通瀝青混合料的原因相同，只是在改性瀝青的黏結作用下，推遲了改性瀝青混合料產生水損壞的時間。

d）在60℃水浴條件下，隨著荷載作用次數的增加、高溫、動水壓力的反復作用下，改性瀝青混合料經歷了初期壓密階段、固結蠕變階段，瀝青混合料的抗車轍能力急劇下降，車轍曲線很快出現拐點，進入剪切失穩階段有明顯的水損壞出現。但是整個過程中改性瀝青AC-13 混合料和改性瀝青AC-20 混合料車轍變形的步調基本一致，都過早地產生了嚴重的水損壞現象，荷載作用18 000 次的時候，車轍深度已達到最大變形20 mm，從而不能真實反映瀝青混合料高溫抗車轍能力。

4 結論

從以上幾點分析可知，水和溫度都是影響車轍深度的重要因素，只有當荷載作用次數足夠時才能準確反映瀝青混合料的抗車轍性能。從圖4 中可以看出，55℃的水浴條件對于基質瀝青混合料過于苛刻，瀝青混合料在荷載作用下很快出現嚴重的水損壞，從而不能真實反映瀝青混合料的抗車轍能力，也就是55℃水浴環境不適宜評價普通瀝青混合料的抗車轍性能，對于A 級道路石油瀝青采用50℃水浴環境進行普通瀝青混合料的漢堡車轍試驗比較合適。

從圖5 中可以看出，對于改性瀝青混合料，50℃水浴條件下，整個試驗階段車轍發展緩慢，無論AC-13 還是AC-20 均表現出較強的抗車轍能力，很難分辨兩種混合料的優劣，例如當荷載作用次數達到20 000 次時，改性瀝青混合料AC-13 的車轍深度為6.37 mm，改性瀝青混合料AC-20 的車轍深度為6.34 mm，兩者的車轍深度相差0.03 mm，數值非常接近，可以考慮在試驗誤差范圍內。在55℃水浴環境下兩者的車轍深度相差1.74 mm，可以明顯分辨兩者的高溫性能。因此如果采用50℃水浴環境進行漢堡車轍試驗，評價改性瀝青混合料的抗車轍性能具有一定的局限性，如果要準確分辨兩種改性瀝青混合料的性能，可以考慮適當升高試驗溫度。但如果采用60℃水浴環境，改性瀝青混合料較早地產生水損壞，不能真實反映改性瀝青混合料的抗車轍性能，環境溫度過于苛刻。因此改性瀝青混合料的漢堡車轍試驗采用55℃水浴環境比較合適。