基于汉堡试验的沥青混合料车辙影响因素研究

颜佳富

（中交一公局国际部中非公司）

基于汉堡试验的沥青混合料车辙影响因素研究

颜佳富

（中交一公局国际部中非公司）

本文采用汉堡车辙试验方法，利用AC-13沥青混合料，分别调整不同的试件的尺寸，试件的成型方法及成型闲置时间对车辙发展的影响，通过本次试验研究，主要得出以下结论，发现4cm厚的试件与6cm、8cm和10cm厚的试件得到的车辙发展规律相差较大， 两种成型方法得到的车辙深度具有相似的规律，，放置时间对沥青混合料的车辙深度具有一定的影响，且放置的时间越长，其试验得到的车辙深度较小。

道路工程；沥青混合料；汉堡试验；车辙

1 前言

沥青混合料是典型的温度敏感性材料,其力学性质随着温度的变化为变化,其中在高温环境下,沥青混合料出现的永久变形是是沥青路面常见的病害类型。与其他病害类型如裂缝、水损坏等不同的是，车辙的出现不仅为影响路面的美观和行驶舒适性，还对行车安全具有一定的隐患，过大的车辙出使得车辆操纵性变得困难，最终直接威胁交通安全，特别是雨天，沥青路面的雨水集聚在车辙辙槽内，车辆容易发生漂滑而影响高速行车的安全。

本文基于某国际道路的需求出发，该道路的路面结构为结构层为25cm天然红土粒料底基层+20cm 0/31.5cm机轧碎石基层+5cm沥青混凝土路面，由于项目所在区域位于非洲地区，温度较高，对沥青路面的抗车辙的具有现实的需求。研究中利用国外常用的汉堡车辙试验对车辙进行分析，虽然国内外对汉堡车辙与车辙仪车辙试验结果进行过对比，并对其原理进行了分析，但针对汉堡试验的条件对车辙结果的影响，目前研究尚不充分。本文通过汉堡试验，分倍改变汉堡试验的试件厚度、成型方法及成型搁置时间对车辙的影响。

2 原材料及试验内容

本次研究中选用了AC-13沥青混合料，沥青采用90号基质沥青，通过室内试验，沥青的材料性质满足公路沥青路面施工技术规范中的沥青性质要求。混合料所用的粗集料和细集料的岩性均为玄武岩。矿粉为磨细的石灰岩。

汉堡车辙试验的试件标准尺寸为260mm×320mm，本次试验时为了考察试件尺寸效应对车辙的结果影响，也采用了圆柱形的试件进行,试验的荷载轮宽为47mm，荷载为705N，轮子每分钟往返52次，试验的终止条件是加载的次数达到了为20000次，或是试件的车辙深度达到2cm。

本次试验时，分布选取了4cm、6cm、8cm及10cm厚的试件厚度；成型方法分别选取了轮碾成型试件及揉搓成型试件两种方法；成型的搁置时间主要是考虑了沥青路面摊铺完工后的养护时间，分别选取为24h、168h、360h来模拟摊铺后1d、7d及15d的养生时间。

3 试验结果

3.1 试件尺寸对车辙的影响

沥青路面的车辙一般出现在沥青面层的中面层，但在试验室内对沥青混合料的车辙性能进行检测时，很难模拟实际的路面结构，一般采用标准的厚度进行车辙试验，但是对于沥青路面而言，一般的厚度越大，其产生的车辙就越大，因此，许多项目为了满足车辙的要求，尝试采用较薄的沥青面层，但对我国的半刚性基层沥青路面，面层太薄容易产生裂缝等病害。

图2 成型方法与车辙关系

对于试验室内的车辙试验模拟，应该考察尺寸效应对车辙结果的影响，本文在研究时，分布模拟了4cm、6cm、8cm 及10cm厚的试件厚度对车辙结果的影响。试验结果如图1所示。

从试验结果可知，4种不同的试件尺寸均随着作用次数的增加呈现增长趋势，但其增长的幅度却不同，从图1可知，4cm厚的试件其车辙深度随作用次数的增加呈现较为迅速的增加趋势，而其他尺寸的试件车辙深度的规律都比较相似。同时从曲线的发展规律也可知，当作用次数达到5000次时，车辙深度存在着明显的拐点，在低于5000次时，车辙深度的增长趋势明显，但在作用次数超过5000次时，其增长的趋势减缓。

对其规律进一部的研究发现，4cm厚的试件的车辙深度规律较为奇特，去其他三种尺寸的车辙深度发展规律明显不同，这从一定的程度上可以认为4cm厚试件的车辙敏感性较强。其他尺寸的试件在作用相同次数时，其车辙深度均相差不大，而且规律的发展曲线较为相似，表明利用这三种尺寸获取的车辙深度更具有代表意义。这从一个侧面也反映了利用4cm的试件并不能很好的表征车辙的发展规律。

图2 成型方法与车辙关系

3.2 成型方式对车辙的影响

汉堡车辙试验在成型试件时是通过揉搓方式成型试件，在实际的路面压实及行车的作用下，沥青路面的压实也接近于揉搓。但其试件成型的方式与通过旋转压实成型的试件有所不同，为了研究成型方式对车辙发展的影响，本次试验时分布采取汉堡成型方法及旋转压实成型方法对其研究，试验的结果如图2所示。图中汉堡成型的试件记为HB,旋转压实成型的试件记为XZ。

通过试验结果可知，两种不同的成型方式得到的试件其车辙深度发展规律基本相似，且作用次数5000次是其发展的拐点，当作用次数超过5000次，车辙的深度发展减缓。但同时试验结果可发现，采用旋转压实成型的试件，得到的试件车辙深度较大，其对车辙深度的敏感性较强。由于两者之间的评价结果相差不大，且旋转压实在机理上更接近于路面的实际压实效果，因此可认为汉堡车辙成型的试件也可在一定上反映沥青路面实际情况，由其评价的车辙也可在一定程度上反映路面的实际抗车辙能力。

3.3 时间对车辙的影响

图3 成型放置时间与车辙关系

由于时间及设备的关系，试验室成型的试件或者施工现场钻取的芯样难以保证及时的测试，因此需要研究试件成型后的搁置时间对车辙的性能影响。同时沥青路面在摊铺完成，经过养生后，其对车辙的抵抗能力如何，目前缺少较为有效的方法，而通过将试件按照养生时间放置后再对其车辙性能进行试验，可以对其进行评价。因此基于以上两种方法，本文考察不同的时间对车辙发生规律的影响。试验结果如图3所示。

从试验结果可知，试件成型后放置不同的时间后再进行汉堡车辙试验后的车辙深度发展规律类型，均随着作用次数的增加呈现递增趋势，且其递增趋势在作用次数5000次时发生变化，从三种时间来看，当混合料成型放置24h后进行车辙试验时的车辙深度较大，而在试件放置360h的车辙深度最小，也即放置360h的沥青混合料的抗车辙能力最好。这也说明沥青混合料在成型后需要一段时间的硬化过程。因此为了保证沥青路面具有良好的抗车辙能力，在沥青路面摊铺完毕后，需要有一段时间的养生时间，在养生时间内应避免重载车辆的行驶。

3 结论

本文通过汉堡试验分析考虑了汉堡试件的尺寸不同，试件成型方式的不同及试件成型后放置时间的不同对车辙发展规律的研究，通过本次研究，主要得出以下的结论：

针对不同的试件尺寸，发现4cm厚的试件与6cm、8cm和10cm厚的试件得到的车辙发展规律相差较大，因此，为了使试验具有良好的代表性和普遍性，在汉堡车辙试验中，其试件的厚度不应使用4cm。

文中对比了汉堡成型试件方法和旋转压实方法成型试件时车辙发展规律，发现两种试验结果存在相似的规律。且通过旋转压实成型的试件的车辙深度较大。

试验对试件成型后的放置时间对车辙深度的影响进行了研究，试验结果发现，放置时间对沥青混合料的车辙深度具有一定的影响，且放置的时间越长，其试验得到的车辙深度较小，表明经过一段时间的放置，沥青混合料的硬化效果明显。