沥青路面高温稳定性能研究

动抗压强度（车辙系数）：产生单位面积的累积永久变形量所能承受的 动压力大小
动抗压强度与行车速度成正比，与累积变形量成反比，与低速行驶路 段产生永久变形严重的情况相符； 累积变形量越大，动抗压强度越小，路面的高温抗变形能力越差，也 与路面的实际情况相一致。
二、高温性能试验评价方法及指标
2）汉堡车辙试验
不同温度的干式和浸水、板式和圆柱试件的试验 线性搓揉方式成型板状试件，旋转压实方式成型圆柱试件， 能较真实地模拟实际路面的碾压方式 板状试件厚40、60、80、100mm 40mm试件太薄，不能很好压实，试件空隙率太大，测试过程 中水的影响明显，加快了车辙的发展。
试验温度40℃、45℃、50℃、55℃
在圆柱试件上通过一钢压头进行加压，压头的直径r小于试件的直径R
当r／R的比值足够小时，其受力状态与路面实际受力状态较为一致 易操作，设备简单，适合工程应用 采用等时间多级荷载试验方法 评价指标：抗剪强度，剪切劲度模量
7）单轴贯入蠕变试验
采用厚车辙板试件代替传统的圆柱体试件，利用试件自身提供侧向约束 解决压头尺寸与最大公称粒径的尺寸效应 采用等时间多级荷载试验方法（与单轴贯入类似）
二、高温性能试验评价方法及指标
2）单轴循环动载车辙试验力学状态分析(选定压头尺寸4cm，7cm，8cm，10cm )
二、高温性能试验评价方法及指标
（1）结构评价模型（复合车辙板，厚度一般在10cm~15cm之间）
路面结构Ⅰ应力随深度分布
压头尺寸φ10cm试件受力状态
二、高温性能试验评价方法及指标
多用性：能同时评价路面材料和结构的高温性能.
可操作性：测试仪器设备应易于操作，试件易于制备，试验参数容易 确定，能被大多数道路工作者所接受。
二、高温性能试验评价方法及指标
（三）单轴循环动载车辙试验方法研究
3.1 单轴循环动载车辙试验方法设计
1）新试验方法的设计研究工作 ⑴建立试件和路面的轮载—路面系统模型； ⑵按受力相似性确定压头的合理尺寸； ⑶确定试验荷载波形及试验条件； ⑷对不同路面材料和结构进行高温稳定性评 价，并与现有方法比较，验证其合理性。
力学评价方法：蠕变试验方法
基本特征：通过试验测取混合料在特定条件下的应力一变形规律，获 取用于表征混合料抗永久变形能力的力学指标。能跟踪检测测试过程中 试件的变形特性。 缺点：测试所需要的仪器设备昂贵，操作复杂，不利于推广。

二、高温性能试验评价方法及指标
1、小型往复式轮辙试验（车辙试验方法）
不足：①试验轮与试件面积接触过小，压力随时间而变 ②对应车速与实际差别较大 ③试件轮迹带上各点变形值不同 ④动稳定度反映变形有局限性 ⑤数据采集不精确、采集方式不明确
二、高温性能试验评价方法及指标
改进方法：
(1)在车辙试验的基础上，以动稳定度为主要评价指标，并适当考虑其他 影响因素，如车辙深度作为辅助考虑指标。但两者出现背离时，将无 法进行合理的高温性能评价。 (2)采用其他试验取代车辙试验来进行高温性能的评价。 例如：
二、高温性能试验评价方法及指标
5）中空圆柱体试验
由于仪器复杂而难于操作，对常规沥青混凝土的应用难于标准化
要求使用大尺寸试件，在实验室难于切割，故难以得到现场试件
试件壁厚只有l2.5mm，对大粒径的骨料，测量结果不够精确
二、高温性能试验评价方法及指标
6）单轴贯入试验
类似于CBR(加州承载比)试验
二、高温性能试验评价方法及指标
3）沥青路面分析仪（APA）
试件：圆柱体，直径和高度分别为150 mm和75 mm。 试验温度：40℃～72℃
与标准车辙仪的主要区别： APA以荷载作用8000次后的累积变形深度的大小作为评价混合料 永久变形程度的指标，而车辙仪以45～60 min车辙深度的相对值 (动稳定度)评价混合料的永久变形特性。 APA在8000次的荷载作用前，先有25次左右的荷载预压作用，以 固定试件，因此没有车辙仪中的初始瞬时弹性变形。 APA不使用橡胶轮直接作用，而是通过一充满气压的橡胶管将轮 载间接施加在试件上，从而达到模拟实际车辆的效果。
缺陷：不能很好地分辨温度对SBS改性沥青混合料的影响能力。这可能由 于SBS改性沥青混合料自身抗变形能力强，再加上APA仪器中的模具在四 周紧紧的固定了试件，阻止了试件的侧向剪切流变。
二、高温性能试验评价方法及指标
4）考虑温度梯度沥青路面面层全厚式车辙试验
车辙试件温度梯度控制系统，使单层或多层车辙试件内部形成自上 而下的温度梯度，能够反映沥青路面实际的温度状况，适合用于检验 和评价沥青面层整体的抗车辙性能； 由于各层温度均低于均匀温度场的温度值，中下层所受压应力均变 小，导致考虑温度梯度后的车辙试验结果好于均匀温度场；


研究证明，车辙试验的动稳定度与沥青路面的车辙深度有着较好的 相关性。
各国根据自身的气候、交通等具体情况，提出了各种容许车辙深度， 作为路面维修养护的极限标准。 我国《公路沥青路面施工技术规范》规定：对采用马歇尔法设计的 沥青混合料，应进行抗车辙性能检验。
二、高温性能试验评价方法及指标 （二）现有永久变形的测试和评价方法评述
二、高温性能试验评价方法及指标
4）简单剪切试验（SST）
能直接测量沥青混凝土的剪切特性。试件被胶结在两钢板之间，顶面和底面施加 剪力，试件的应力状态接近于纯剪切状态。 最普遍使用恒定高度法：在试件上施加一个轴向力以保持试件的高度不变，保证 在整个试验过程中试件的体积不变。 恒定高度重复频率扫描试验(应变控制)：能够很好地评价沥青混合料面层的结构 性能 恒定高度重复剪切试验(RSCH，应力控制)：很好地预估沥青混合料的车辙与永久 变形性能。 保持试件高度不变的前提下，采用半正弦剪切应力对试件进行重复剪切，各 次脉冲之间有一定间歇时间。试验得到沥青混合料在不同剪切次数下的剪切变形， 按公式计算可得到沥青混合料的永久剪切应变等参数。 永久剪切应变随重复剪切次数的变化关系：随着重复剪切次数的增加，混合 料的剪切变形增加，永久剪切应变也随之增加。剪切次数的对数与永久剪切应变 具有良好的相关性。
二、高温性能试验评价方法及指标
3）径向试验
用来测量沥青混合料的劲度。 随着加载，试件沿垂直径向处于张拉状态，所以劲度主要为沥青粘结 料的函数。 缺陷： 沿垂直试件径向的应力状态是均匀的，其他的应力状态都不均匀
没有侧向约束，较大的荷载容易引起试件不合理的变形。如果温度 或应力太高，蠕变变形将会随时间加速。
标准车辙试验（国产车辙仪），汉堡车辙仪，佐治亚沥青路面
分析仪(APA )等。
变速（曲柄），匀速（链式）
二、高温性能试验评价方法及指标
1）标准车辙试验
试验指标：动稳定度（DS），变形量（RD），相对变形率（δ） 特点：目前所有试验方法中较简便地模拟车轮在沥青路面上行驶的 实际情况，有的仪器可进行不同温度、荷载、试件尺寸、成 型条件等试验研究，了解各种因素变化对车辙变形的影响。
作用下，沥青混合料永久变形的累积
现象：一般是在温度较高的季节，沥青面层在车轮的反复碾压下产生
粘塑性流动而逐渐形成的。 通常在伴随着沥青面层压缩沉陷的同时，出现侧向隆起，二者 组合起来构成车辙。 影响因素：高温且持续时间长
车辆超载
交通渠化 施工质量控制
二、高温性能试验评价方法及指标 目
（一）现行规范方法
运行速度能在6~60次/min之间任意调节，反映不同车速的影响
二、高温性能试验评价方法及指标
2、蠕变试验方法
能较好地反映粘弹性材料的特性
单轴试验，三轴试验，径向试验，扭转剪切试验（简单剪切， 中空圆柱体），弯曲试验
静载：恒定应力加载 动载：连续正弦波形应力 重复加载：间歇式的正弦或梯形波应力。
二、高温性能试验评价方法及指标
3）单轴循环动载车辙试验加载方式
（1）加载时间（Pulse Width）的确定
沥青面层内时间范围从0.017s 到0.576s间分布。 因最大剪应力作用深度在 4cm~7cm深度范围内，并考虑 材料评价和结构评价所采用的 试件厚度尺寸，拟采用深度 5cm处25km/h车速对应的0.1s 作为加载时间。
蠕变试件受力状态：同一试件内均匀一致的受力状态，与沥青混合料在路
态（荷载和围压）下的材料性能。
不能在高温、重载条件下研究沥青混合料的粘弹特性。
二、高温性能试验评价方法及指标
2）三轴蠕变试验
试验方法：借助气体或液体压力为圆柱体试件提供围压来模拟实际道路的约 束作用。 试验指标：沥青混合料蠕变劲度：影响静载蠕变试验结果的因素很多，变异 性较大，还没能提出相应的蠕变劲度极限值，而动态加载方式比静态加载方式 复杂得多，因此对动态蠕变试验研究比较少，动态蠕变试验目前尚未发现有相 应的指标。 缺陷： 应力分布和实际路面不同 无法确定侧压力(围压)的大小，并且试验中人为地施加了围压，实际上抵 消了沥青的作用，因此试验结果无法评价沥青的作用，试件的损坏过程也无法 反映沥青混合料的强度机理。 钢板和试件之间的摩擦限制了试件的侧向移动，压板附近就形成了局部化 应力状态。 试验过程和试验设备复杂，难以使用和普及。
二、高温性能试验评价方法及指标
3、综合评价方法
综合稳定指数： 基于车辙试验，动稳定度 单轴贯入动载蠕变劲度模量
二、高温性能试验评价方法及指标 试验方法设计原则
相似性原则：试件（材料或结构）测试在成型方式、应力状态、环境 状态（温度，湿度）等方面尽量接近路面的实际情况，使混合料或路面 的永久变形测试具有良好的现场模拟性； 可重复性：对于同样的材料或结构在同样条件下的试验结果应一致； 差异性：应能反映不同材料、结构或试验条件变化而引起结果的差异 性；
双圆作用附近行车方向剪应力分布曲线图
二、高温性能试验评价方法及指标
（2）间歇时间（Rest Period）的确定
不同间歇时间单轴循环动载车辙试验变形曲线
加载时间为0.1s时，采用间歇时间为1s、1.313s、1.8s、2.3s的单 轴动态加载试验。
二、高温性能试验评价方法及指标
4）单轴循环动载车辙试验位移传感器设置
路面结构横、纵断面剪应力分布
试件横、纵断面剪应力分布
因此，结合纵横断面剪应力分布情况对比分析，可以拟定压头的 合理尺寸为φ10cm。
二、高温性能试验评价方法及指标
（2）材料评价模型
5cm厚试件φ10cm压头下受力状况
普通车辙试验试件受力状况
由图分析，φ10cm压头下沥青混合料受力状态比车辙试验中沥青混 合料受力状态更接近实际路面Байду номын сангаас面层受力状态。
录
（二）现有永久变形的测试和评价方法评述
（三）单轴循环动载车辙试验方法研究
二、高温性能试验评价方法及指标 （一）现行规范方法
马歇尔试验方法：采用稳定度和流值作为沥青混合料的高温性能设计指标
缺陷： •
• •
成型过程(锤击)与路面成型过程(碾压)不相一致； 试件受力状态与路面高温病害形成时的受力状态不相一致； 加荷速度太快，以至不能反映沥青混合料的粘性流动。
沥青路面高温稳定性能研究
报告人：长 沙 理 工 大 学 周志刚
2013年11月
一
车辙形成机理及影响因素 高温性能试验评价方法及指标 车辙预估方法
目 录
二 三 四
抗车辙技术措施
一、车辙形成机理及影响因素
沥青路面（混合料）高温稳定性：沥青路面（混合料）在高温条件
下荷载作用时的抵抗永久变形能力。
沥青路面高温稳定性不足主要表现为车辙破坏：在行车荷载的反复
经验测试方法：车辙试验方法


基本特征：尽量模拟轮载对路面的作用形式，在相近的路用条件下测 试混合料的变形特征，预测混合料抗永久变形的能力。
类型：小型往复式轮辙试验、大型环道试验、大型加速加载试验等。

最大缺点：不能在测试过程中获取混合料变形行为的力学信息，因此 无法深入探讨混合料永久变形特性的内在规律。
二、高温性能试验评价方法及指标
1）单轴试验
试验方法：圆柱形试件，40℃，动载或静载 试验指标： 蠕变劲度 粘滞劲度 流变时间
Smix t , T t t , T
Sd 永久
Ft （第三阶段开始处流变点）
面中的不均匀受力状态相差较大，只适合用于研究在特定力学状