沥青混合料永久变形参数的取值范围研究

2020-11-29史绍松

科技与创新 2020年22期

史绍松

沥青混合料永久变形参数的取值范围研究

史绍松

（重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074）

新规范JTG D50—2017《公路沥青路面设计规范》中增加了沥青混合料层永久变形的设计指标。但是在车辙预估公式中，对于基本参数R0却无法提供施工条件下的永久变形范围参考值。为了解决这一问题，从沥青路面永久变形机理出发，选取几种施工常用的沥青混合料作为研究代表之后，归纳总结了已有文献中有关沥青混合料的标准车辙试验数据，制成初步的取值范围参考表。为以后道路设计中永久变形量的选取提供依据和参考。

沥青混合料；永久变形；数据分析；取值范围表

1 引言

新规范JTG D50—2017《公路沥青路面设计规范》在旧规范的基础上增加了沥青混合料层永久变形的设计指标。新规范要求对每个沥青混合料层进行分层，根据标准条件下的车辙试验和车辙预估公式，得到各沥青混合料的车辙试验永久变形量，然后累加各层的永久变形量，最终获得沥青混合物的总永久变形量，这其中需要进行标准车辙试验。然而，在设计沥青路面时，设计人员通常不可能对在施工条件下铺设的沥青混合料层进行标准的车辙试验，从而获得对应的车辙试验永久变形量，常常通过经验取值，没有可参考的具体范围。

本文目的主要是统计和分析现有文献中有关标准车辙试验下各沥青混合料的永久变形数据，从而得到相应的取值范围并通过室内标准车辙实验试验对数据进行验证，最后修正得出取值范围表。进一步完善预估公式中基本参数的选取，为设计人员提供相应的参考取值范围。

2 永久变形数据分析

2.1 永久变形机理

沥青混合料由矿物骨料和沥青组合而成。矿物颗粒之间的嵌挤力以及沥青和矿物材料之间的粘附力赋予沥青混合物一定的力学强度。尹峰[1]系统研究了沥青混合料永久变形的发展机理，得出沥青混合料的永久变形与粘结力、摩擦阻力的大小，矿物骨料的级配和沥青的含量有着不可分离的关系，同时也与混合物中沥青与矿物之间的相互作用以及沥青本身的附着力有很大的关系。

2.1.1 结构变形

结构变形指在超过允许强度的一定力施加到沥青表面层之后包括路基的每个结构层的永久变形。这种变形很大程度上受结构层强度的影响。

2.1.2 侧向变形

在日常行车条件下，车辆轮胎反复对沥青路面施加加载，造成的剪切应力大于沥青混合料本身所允许的剪切强度。在重复载荷下形成流动变形并最终形成车辙。

2.1.3 压密变形

由矿料和沥青拌和而成的沥青混合料本身就具有一定的空隙，在车辆多次重复碾压之下，沥青混合料进行“二次压密”，从而厚度减薄，最终导致部分凹陷，产生压密性车辙。

2.1.4 磨损变形

公路最大的用途是提供车辆行驶的通道，所以避免不了各种车辆轮胎的磨耗，尤其是带钉链的轮胎，对沥青混合料造成的磨耗损伤更大，产生永久变形，进而形成车辙。

2.2 已有文献数据

2.2.1 代表沥青混合料的选取

沥青混合料按照不同的标准可以分为诸多类型，受时间、试验条件等综合影响，本文拟选取一些具有代表性沥青混合料进行数据分析，具体如表1所示。

表1 代表性沥青混合料的选取

AC-13AC-20AC-25SMA-13 70号基质沥青√√√ 90号基质沥青√√√ SbS改性沥青√√√√

2.2.2 数据整理与分析

2.2.2.1 不同级配

广义来讲，沥青混合料属于均相非线性粘弹性介质。若深入看待，那么沥青混合物则是由线性弹性粗骨料和线性粘弹性沥青砂浆组成的非均质材料。路明周[2]选用AC-13和AC-16，整理分析永久变形量数据之后发现，AC-13的试验永久变形量在3.6～4.2 mm之间，AC-16的试验永久变形量在3～6.8 mm之间。綦举胜[3]对AC-16和AC-20进行了试验分析，整理后发现，AC-20的永久变形量在2.2～3.8 mm之间，AC-16的永久变形量在1.3～3.06 mm之间。胥吉[4]结合重庆地区的实际情况，选取当地材料对AC-20、AC-16和AC-13进行试验，发现AC-20的永久变形量在3.3～ 4.35 mm之间，AC-16的在3.58～4.1 mm之间，AC-13的在2.55～3.3 mm之间。交通部西部科技项目分题四的研究人员对AC-13、AC-20和SMA-13进行了室内标准车辙试验，结果显示AC-13的永久变形量在3.31～4.63 mm之间；AC-20的永久变形量在2.77～3.57 mm之间；SMA-13的则在1.19～1.49 mm之间。喻霞[5]通过调研广西大修工程，选取AC-25，测得其永久变形量在4.2～6.0 mm之间。

综上，相同的沥青标号制成的混合料由于级配不同，永久变形量有着明显的差异。其中，以AC-20为代表的中粒式沥青混合料的永久变形量总体上要小于细粒跟粗粒式沥青混合料的量，这也符合朱洪洲等[6]的研究成果。

2.2.2.2 不同沥青

沥青根据针入度的不同可以分为不同标号沥青，加入改性剂或纤维后，沥青的性能也会有所改变。卢恺[7]制成的AC-16永久变形量在6.733～8.15 mm之间，SBS改性沥青制成的则在2.236～3.392 mm之间。蒋凯[8]用90号道路沥青和SBS改性剂制成AC-16，通过试验得出永久变形量在2.33～3.92 mm之间。根据以上阐述，沥青的种类对于混合料抗永久变形能力有着非常显著的影响，用改性沥青制成的混合料永久变形量大都远远小于基质沥青制成的混合料。

2.2.3 数据综合整理

2.2.3.1 变异系数

变异系数是用来对一定量数据的变异程度做估算的统计量。变异系数无需参照数据的平均值，这对于参照范围的数据来说是一个很好的准确度评价指标。

2.2.3.2 数据分析整理

对于各类型沥青混合料永久变形量，将各类型沥青混合料的变异系数汇总，如表2所示。

表2 各沥青混合料永久变形量变异系数（单位：%）

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

由表2所知，各沥青混合料永久变形量的数据变异系数均小于20%，离散程度均较低，准确度较高，可以作为参考范围。