摘要：本文主要对离析混合料的高温抗永久变形能力进行试验分析，定量研究不同离析程度沥青混合料高温稳定性能的变异水平，从而进一步把握离析程度对沥青路面寿命的影响。

离析程度对混合料高温稳定性影响定量分析

代晓航

南阳通途公路勘察设计有限公司 河南 南阳 473057

摘要：本文主要对离析混合料的高温抗永久变形能力进行试验分析，定量研究不同离析程度沥青混合料高温稳定性能的变异水平，从而进一步把握离析程度对沥青路面寿命的影响。

关键词：离析程度；高温稳定性；定量分析

1.概述

沥青混合料的高温稳定性是沥青混合料在设计和施工质量控制管理最关心的性能，直接相关的就是沥青路面上的永久变形。沥青路面的永久变形影响路面的寿命，导致在几年后就必须进行大修，而且其他病害也会进一步发展。

目前国内外用于测定潜在车辙可能性的试验方法主要有：环道足尺试验、加速加载试验（ALF）、沥青路面分析仪（APA）、汉堡车辙仪（HWTD）、法国FRT（French Rutting Tester，又称为LCPC Wheel Tracker）、国产车辙仪等。

关于沥青路面永久变形的试验方法很多，Brown等在2004的TRB报告中对沥青混合料永久变形的各种试验方法进行了研究，并对各种试验方法得到的结果与西部环道试验得到的性能结果进行分析，结果显示各种试验方法的结果都有很好的一致性。该报告中还根据试验研究结果推荐了用于永久变形的试验规范和条件，见表1。

表1 建议的车辙试验规范和条件

2.试验方案设计

本文采用汉堡车辙仪评价离析沥青混合料的高温稳定性。汉堡车辙仪(Hamburg Wheel-tracking Device, HWTD)轮载是705±22N（158±5磅），轮子在试件上通过的速度为50次/min，轮子速度为0.305m/s，轮子每通行100次记录一次数据，一般记录中心点处的车辙深度，水浴温度为25℃~70℃，本文试验水浴温度为50℃。车辙试验为控制车辙深度为20mm或通行次数20000次，评价沥青混合料的抗车辙性能。

汉堡浸水车辙试验试件为旋转压实仪法（SGC）成型，试件直径为150mm，切割后高为62±2mm，每一组车辙试验需要两个SGC试件组合而成，本文采用的美国进口汉堡车辙仪为双轮，可以同时进行两组试验。

汉堡车辙曲线如图1所示，汉堡车辙试验结果包括很多的信息，比如包括车辙深度、通行次数。通过车辙曲线进行分段后直线拟合，还可以得到过压深度（Post Compaction）、蠕变速率（Creep Slope）、剥落点（SIP）、剥落速率（Stripping Slope）等信息，同时还可以获得沥青混合料的剥落次数以及破坏次数。蠕变速率是试件受到初始碾压或处于稳定碾压状态时的变形曲线在线性区间内变形率的倒数，此时试件还没有发生屈服变形。剥落速率是试件发生剥落变形之后的变形曲线段线性区间变形率的倒数。剥落点是试件蠕变段和剥落段的交点。在大多数的研究中，采用试件剥落点所对应的变形量来评价沥青混合料抗水损坏的能力。

图1 汉堡车辙试验曲线及参数

3.试验结果分析

本文采用汉堡浸水车辙试验评价离析程度对混合料的高温稳定性的影响，建立定量的评价标准。车辙的形成过程一般可以简单的分为三个阶段：（1）初始阶段的压密过程；（2）沥青混合料的侧向流动；（3）矿质集料的重新排列及矿质骨架的破坏。因此沥青路面上车辙最初形成的原因是压密及高温条件下沥青混合料的流动变形，最后导致骨架的失稳，实质上就是沥青混合料的结构特征发生了明显的变化。根据车辙试验曲线的变化趋势，从图2可以明显的看出沥青混合料经历了上述三个阶段。

图2 汉堡浸水车辙试验曲线（无离析）

不同离析程度混合料的汉堡浸水车辙试验结果见表2。除了低离析程度的混合料外，其它每一种离析程度的混合料在碾压不到20000次的车辙深度就达到了汉堡车辙试验的控制深度（20mm），每一种离析程度的混合料在试验结束时的车辙深度都较为一致。因此，为了便于分析离析混合料的变异程度，本文不使用最后的车辙深度评价沥青混合料高温稳定性，而采用汉堡浸水车辙试验的碾压次数、剥落点处的车辙深度、蠕变速率和剥落速率来评价离析混合料的高温稳定性。

表2 离析混合料汉堡浸水车辙试验结果（50℃）

（1）破坏碾压次数和剥落点车辙深度

从破坏碾压次数和剥落点车辙深度分析，混合料随离析程度的增加，抗车辙能力降低。不同离析混合料试件破坏时的碾压次数，轻微粗集料离析最大为 20000次，达到了汉堡浸水车辙试验设定的最大次数，其次是无离析混合料为9452次，其余离析程度混合料随着离析程度的增加，破坏碾压次数降低。细集料离析混合料承受的碾压次数最少，为4927次，相关数据见表2。另外，无离析的混合料在开始发生剥落的时候车辙深度最小，为10.39mm，其次为细集料离析和轻微离析，细集料离析和轻微粗集料离析的车辙深度差别并不大，分别为11.07mm和11.45mm，中等离析和严重离析的车辙深度最大（分别为15.88mm和15.77mm），二者车辙深度也很接近。

从破坏时的碾压次数看，无离析混合料的抗车辙能力并不是最好的，轻微粗集料离析达到了20000次。而从剥落点处的车辙深度看，轻微程度粗集料离析的车辙深度并不是最低，而无离析混合料的车辙深度是最小的。两个结论似乎是矛盾的，通过分析得知，轻微粗集料离析的混合料由于粗集料的增加，粗集料承受了较多的车轮荷载，因此碾压次数也增加了，但是其车辙深度并没有因为粗集料的增加而减少，而是大于无离析混合料，这表明轻微粗集料的抗车辙能力仍然低于无离析混合料。

细集料离析混合料的高温抗车辙能力最差。对于细集料离析混合料碾压次数只有4927次，车辙深度指标（为11.07mm）稍大于无离析混合料，在试验过程中，其在碾压4927次时就突然破坏，可以发现其在荷载作用下车辙深度基本上呈线性增加，可能是由于其内部粗集料少，而细集料多，没有形成承受荷载的嵌挤结构。因此，尽管其在剥落点处的车辙深较小，但是其抗车辙能力是最差的。

中等和严重粗集料离析混合料的高温抗车辙能力接近，大大低于轻微粗集料离析，其对车辙的贡献度不再依靠结构的嵌挤能力。对于中等和严重粗集料离析混合料，其破坏时的碾压次数和车辙深度两个指标都很接近，分析其原因是两种离析混合料粗集料含量多，细集料和沥青胶浆含量少，内部都没有形成稳定的骨架密实结构，在水和荷载的作用下（水温50℃），通行一定的次数后就超过其承载极限，很快发生了松散破坏。

研究表明，离析混合料的高温抗车辙能力，随离析程度的增加而降低，其中细集料离析的抗车辙能力最差。另外，可以知道如果只从单个指标，如车辙深度或破坏时碾压次数并不能正确的评价沥青混合料的抗车辙能力。

（2）碾压次数和车辙深度相对变异水平

表3列出了混合料离析程度和高温抗车辙性能指标间的变异水平，用于对离析程度的定量研究。

表3 离析沥青混合料高温特性定量分析表

*变化率相对于无离析混合料。

1破坏碾压次数变化率

从表3可知，除了轻微程度粗集料离析混合料外，其余离析程度混合料碾压次数降低率基本上都呈递增的规律，即随离析程度的增加，碾压次数降低，其中中等和严重粗集料离析破坏时碾压次数分别降低了44.0%和44.4%，细集料离析混合料的破坏碾压次数最少，降低最多，为47.9%。

2车辙深度变化率

对于剥落点处的车辙深度，无离析混合料是最小的，粗集料离析中，随离析程度的增加，车辙深度也增大，轻微粗集料离析混合料的车辙深度增加了10.2%，当发生中等和严重程度离析时，车辙深度较快增加，分别为52.8%和51.8%，可见当路面发生中等或严重离析时，路面即可能产生严重的车辙破坏。由于细集料离析在碾压次数很少的情况下就发生了破坏，因此其车辙深度仅大于无离析混合料，增加了4.5%。

（3）蠕变速率和剥落速率

有相关的研究指出，在采用汉堡车辙试验分析混合料的高温车辙性能时，采用汉堡车辙曲线的蠕变和剥落速率进行研究，本文也采用这两个指标对离析混合料高温性能的影响进行探讨分析。

对于蠕变速率，离析混合料比无离析混合料增加较大。根据表2，轻微粗集料离析的蠕变速率最小（0.529），其次为无离析混合料为1.226，粗集料中等和严重程度离析混合料是无离析混合料的2倍多，细集料离析混合料也达到了2倍，但是这三种离析混合料的蠕变速率差异并不大。剥落速率和蠕变速率有相似的变化趋势，但是离析程度之间差异要小得多，不同离析程度剥落速率和蠕变速率趋势，如图3所示。

图3 剥落速率和蠕变速率

对于蠕变速率和剥落速率的变化率，粗集料中等和严重程度离析混合料蠕变速率较无离析混合料增加较快，分别增加了125.1%和128.2%，细集料离析也增加了124.5%，见表3。

4.结论

对不同离析程度混合料试件在50℃条件下进行汉堡浸水车辙试验，研究离析混合料的高温抗车辙能力。试验结果表明，离析程度对混合料的抗车辙性能有明显的影响，轻微的粗集料离析的车辙性能最好，达到了汉堡规定的20000次碾压，其次是无离析混合料。当混合料发生中等和严重离析后，混合料的抗车辙能力随离析程度的增加出现下降的趋势。所有离析混合料中，细集料离析混合料的抗车辙能力最差。

来源：交通科技