荷载\温度\速度对沥青混合料抗车辙性能影响研究

摘要：利用加速加载试验机，通过正交试验方法对比分析了不同荷载、不同温度与不同速度组合对沥青混合料抗车辙性能影响程度，得知荷载对沥青混合料的抗车辙性能的影响大于温度和速度的影响，导致车辙产生的最不利因素组合为高温、重载、低速。

关键词：道路工程，沥青路面，车辙，荷载，温度，速度

Abstract: using accelerated loading test enginery, by orthogonal test method on the comparison and analysis of the different load and different temperature and different combination of speed of asphalt mixture anti-rutting performance influence degree, learned that load on the asphalt mixture anti-rutting influence on the performance of the greater than the effect of temperature and speed, lead to the most unfavorable factors of rutting combination of high temperature, overlap, low speed.

Keywords: road engineering, asphalt pavement, the rut, load, temperature, speed

中图分类号：U416.217文献标识码：A 文章编号：

0 引言

沥青路面的抗车辙性能受到很多方面的影响，其中荷载、温度和行车速度的影响较为显著。

荷载对路面抗车辙性能的影响表现在荷载越大则轮胎气压越高，从而路面内所受的应力增大，当剪应力增大到超过沥青混合料的抗剪强度时沥青混合料就会发生剪切流动变形，张久鹏[1]等研究表明路面永久变形主要由绝对车辙引起，而荷载是产生绝对车辙的重要原因，荷载作用初期路面车辙发展较快,而后期车辙发展较慢；沥青混合料的模量随着温度的升高而降低，抵抗变形能力也随之越低，沥青路面车辙病害一般出现在持续的高温时间段内，杨海荣[2] 利用粘弹性理论，通过采用Burges模型模拟沥青混合料粘弹特性全面分析水平力、车辆行驶速度、轴载和温度对上坡沥青路面车辙的影响，得出高温、重载、慢速的不利组合是导致上坡沥青路面短期内出现车辙的决定性因素；行车速度对沥青路面抗车辙性能的影响则主要反映在荷载的持续作用时间上，车辆低速行驶相当于增加了荷载作用时间,从而导致车辙的迅速增加[3]。

本文在利用MLS加速加载试验机的基础上，通过正交试验方法对比分析不同荷载、不同温度与不同速度组合对沥青混合料抗车辙性能影响程度，得出导致车辙产生的最不利因素组合，为沥青路面结构设计和沥青混合料组成设计奠定基础.

1 正交试验

正交试验方法是按照正交表安排试验，这里的正交是指试验安排中各因素水平（因素所处状态）取值对称，搭配均匀，既没有漏洞，也不可以不重复。正交表是一套规格化的表格，在一般的数理统计和试验设计的参考资料中都可以直接得到，每种正交表都用符号Ln(mk)进行标记，n为需要进行的试验次数，m为因素所取的水平，k为正交表的列数，即当按该表进行试验设计时，可以安排的因素个数不能超过次列数，例如：L9(34)表示3水平4因素的正交表，按照该表进行试验设计，就只需要安排9次试验就能全面反映4个影响因素每个在3个变化水平下对考察指标的影响。

2 因素、水平与正交表的选取

试验选取温度、荷载、速度3个因素，每个因素考虑3种水平[4]，如表1。

表1 因素水平表

表2 正交试验组合方案

3 试验结果分析

本文试验所采用的加速加载试验机是由南非研制生产的MLS设备，6个加载轮在一个近乎椭圆的框架上循环运行，该设备可提供7200次・h-1轮加载，最大轮载为2.9kN，通过与环境控制仓联合运用来调节试验温度。

试验混合料SBS改性沥青AC-13c沥青混合料，以其动稳定度度DS和最终车辙变形大小RD作为试验的评价指标[5]。试验中严格控制温度、荷载与速度值，使用温度计校核试验温度，采用体磅计称量试验轮的轮重，确保试验中各因素的实际值与目标值一致；同时为了防止先后试验操作熟练程度的不同带来的误差干扰以及外界条件所引起的系统误差，随机选择试验顺序。

得到正交试验结果如下表所示：

表3 正交试验各组结果

表中表示某一因素时3种水平下评价指标的算术平均值；极差R为某一因素时3种水平下考核指标均值之差绝对值的最大值，即R=max{,,}-min{,,},该值和方差值越大, 说明该因素对评价指标的影响越大。本试验中，对DS与RD均有RB>RA>RC，所以对沥青混合料抗车辙性能影响程度大小排序为：荷载>温度>速度。

对试验结果进一步分析发现，当温度恒定，荷载加重、速度变慢时，沥青混合料的抗车辙变形能力急剧下降。如当温度恒定为60℃时，荷载与速度变化时沥青混合料的DS变化巨大，1.1MPa、14次/min时的DS比0.7MPa、42次/min时的DS降低了60%左右，车辙变形增加了1倍多。重载与慢速的综合作用使沥青混合料的抗车辙能力大打折扣，因此产生车辙的最不利组合为重载、高温、低速。

4 结论

（1）通过正交试验方法对比分析了不同荷载、不同温度与不同速度组合对沥青混合料抗车辙性能影响程度，从而得出：荷载对沥青混合料路面车辙的影响最大, 温度次之，车速对其影响最小；

（2）通过分析正交试验结果，发现：重载、高温、低速这些不利因素的组合会在短期内导致沥青路面产生车辙；

（3）由于荷载对车辙形成的影响最为明显，因此在无法改变温度条件的情况下, 可以通过限制车辆载重和车速来延缓甚至防止车辙的出现。

本文对车辙现象的产生是通过开展室内试验测试沥青混合料的动稳定度和车辙变形，以此来进行了定量的规律分析,因此结合粘弹性理论对影响沥青混合料车辙产生的各类因素进行力学模拟及分析将作为后续研究工作.

参考文献：

[1]张久鹏,黄晓明,王晓磊.基于粘弹塑性理论的沥青路面车辙分析[J].公路交通科技,2007(10).

[2]杨海荣,关宏信.高温、重载、慢速条件下上坡沥青路面车辙[J].长沙理工大学学报,2008(04).

[3]吴浩,裴建中等.长大纵坡路段沥青路面车辙规律及影响因素[J].长安大学学报,2009(06).

[4]吴瑞麟,石立万等.沥青路面全厚度车辙影响因素的正交试验研究 [J].中国市政工程,2007(02).

[5]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京：人民交通出版社，2001.

作者简介：

姓名：敖星

导师：周志刚

最高学历：硕士

毕业学校：长沙理工大学

所学专业：土木工程

专业技术资格名称：中级工程师

从事本专业工作年限：8年

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。