长期服役沥青路面面层材料汉堡车辙试验研究
刘至飞;丁敏
【摘 要】采用汉堡车辙仪测试了2 种沥青路面结构不同位置处试件的汉堡车辙性能.结果表明,松散病害越严重的区域,其试件汉堡车辙试验的蠕变斜率越大、剥落反弯点越小,说明试件的抗车辙和抗水损坏性能越差;行车道试件的汉堡车辙深度远大于硬路肩处的试件,沥青路面所处外部环境和所承受的行车荷载对沥青材料的汉堡车辙性能影响较大.汉堡车辙试验可作为评价长期服役沥青路面材料路用性能的一种可靠方法.%In this paper,the Hamburg Wheel Tracking Device test of asphalt mixture specimens from different positions were tested.The more rious the loo dia was,the higher the creep slope of Hamburg Wheel Tracking Device test became,and the smaller the inflection point became.The rut depth of specimens in carriage way region is higher than that from hard shoulder.The experimental results indi-cated the environment and loading have a significant influence on Hamburg Wheel Tracking Device test of the asphalt mixture after long－term rvice.Hamburg Wheel Tracking Device test is a reliable method to evaluate pavement performance of asphalt mixture.
【期刊名称】《公路工程》
【年(卷),期】2018(043)003
【总页数】4页(P225-228)
【关键词】长期服役;沥青混合料;汉堡车辙
【作 者】刘至飞;丁敏
【作者单位】乘法验算怎么验算湖南省交通科学研究院有限公司,湖南 长沙 410015;浙江省交通运输科学研究院,浙江 杭州 311305
【正文语种】中 文
【中图分类】U414
我国南方地区夏季天气炎热，雨季持续时间长、降水量大，以及大流量、大轴载和渠化交通的加剧，随着沥青路面服役时间的增加，其会产生诸如剥落、松散、裂缝、车辙及坑槽
等多种病害，严重影响行车舒适性，甚至威胁到行车的安全。车辙和水损害成为本地区沥青面层的主要破坏形式，因此，高温多雨条件下沥青路面材料的车辙及水损害性能调查研究显得极为重要。
目前在公路现场钻取大批量试件进行相关性能研究的实验还不多，为此对沥青路面在服役期间的路用性能变化进行研究显得极为重要，尤其是经过长期服役后的沥青路面。汉堡车辙试验(Hamburg Wheel Tracking Device，HWTD)作为一种评价沥青混合料高温抗车辙性能和水稳性能的试验方法，其评价结果与实际路用性能相关性较高，可以确保二者之间的一致性。为此，本文通过室内汉堡车辙试验模拟夏季高温多雨条件研究长期服役沥青路面面层材料的水损害和车辙性能。
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1 汉堡车辙概述
汉堡车辙试验仪是由德国汉堡Esso A.G.在19世纪70年代研发[1]。该试验方法在德国和美国应用较为普遍，汉堡车辙试验作为规范用于一些交通量大的道路用以评价车辙和剥落性能[2-4]。
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汉堡车辙试验通过分析车辙变形曲线可获取车辙深度、蠕变斜率、剥落反弯点以及剥落斜率等指标，其中车辙深度、剥落反弯点和剥落斜率用于评价沥青混合料的抗水损害性能，而蠕变斜率和车辙深度则用来评价沥青混合料的高温抗车辙性能[5-7]。有研究表明，汉堡车辙相比沥青路面分析仪(APA)和法国沥青路面车辙仪(FPRT)室内试验结果与现场路面车辙的相关性最高，采用汉堡车辙评价沥青路面的抗车辙性能是合理的，具有较高的可信度[8]。文献[9]指出汉堡车辙中车辙深度值与重复三轴试验(Repeated triaxial test，RTT)中试件变形值具有较好的相关性，不同类型混合料的两指标的相关性均在0.9以上，说明汉堡车辙在评价混合料高温性能方面的合理性。文献[10]研究结果表明常规水稳定性试验及普通浸水车辙试验无法很好地评价沥青混合料的水稳定性，而汉堡车辙试验能较好地模拟实际路面在发生水损害时的条件和状态，能有效的动态评价沥青混合料水稳性。
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本文汉堡车辙试验仪操作及数据采集按照American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) T324 — 2014进行[11]。实验采用德国Infratest公司生产的汉堡车辙仪，如图1和图2所示，该设备可同时进行2个试件。试验通过在47 mm宽的钢轮上施加705 N的力完成对试件的加载，钢轮的往返碾压速率为52次/min，汉堡车辙可以进行空气浴和水浴2种不同模式的试验。
本文依次研究了两种不同服役条件下(环境因素和荷载因素不同，分别以路面一和路面二标记)的沥青路面材料的汉堡车辙试验，典型汉堡车辙试验车辙深度变化规律见图3。
图1 汉堡车辙试验仪Figure 1 Hamburg wheel tracking device
图2 汉堡车辙试验示意图Figure 2 Hamburg wheel tracking device test
图3 汉堡车辙试验车辙深度变化示意图Figure 3 The depth curve of hamburg wheel tracking device test
2 研究结果与分析
2.1 路面一汉堡车辙试验分析
试件分别取自服役时间近6年的某高速公路沥青路面，具体位置及样品编号信息见表1，三种试件路面松散病害程度分别为轻、中、重。每处位置的沥青路面现场切割成长650 mm、宽600 mm、高100 mm板块试件，试件在室内加工成长320 mm、宽260 mm、高100 mm的2块方形板块，现场取样见图4。试验在50 ℃的水浴条件下进行，碾压2万次或者车辙深度达到20 mm时停止试验。
图5为3组试件分别在50 ℃水浴条件下的汉堡车辙试验曲线图，即沥青材料试件样在荷载作用下永久变形随加载次数的增加而变化的曲线，表2为根据图5得到的部分指标。
表1 路面一的汉堡车辙试验样品信息Table 1 The information of specimens from the first pavement for hamburg wheel tracking device test编号所取试件部分路面结构桩号位置病害类型病害程度试件密度/(g·cm-3)飞散损失/%1-1,1-22-1,2-23-1,3-24 cmAC-13改性沥青混合料+6 cmAC-20改性沥青混合料〛K1446+070下行二车道右轮迹带松散轻2.40840.0K1445+800下行二车道左轮迹带松散中2.40342.2K1445+720下行二车道左轮迹带松散重2.33642.6
图4 路面一现场取样(从左至右试件松散病害程度为轻、中、重)
Figure 4 Field specimens from the first pavement for hamburg wheel tracking device test
汉堡车辙试验结果显示，平行试验所得到的曲线趋势基本一致，平行试验的数据结果相差较小，1-1和1-2试件的曲线几乎重合，汉堡车辙试验的重复性较好。
图5 路面一的汉堡车辙试验曲线Figur 5 The rut depth curve of hamburg wheel tracking de
vice test from the first pavement
表2 路面一的汉堡车辙试验结果Table 2 Results of hamburg wheel tracking device test from the first pavement编号碾压次数/次车辙深度/mm相对变形/%蠕变斜率剥落反弯点/次1-120 0002.424.0-0.000 0813 1501-220 0002.353.9-0.000 0813 900均值/2.393.95-0.000 0813 525变异系数/%/2.11.803.92-120 00019.1331.9-0.000 2410 1002-220 00016.0526.8-0.000 289 650均值/17.5929.4-0.000 259 875变异系数/%/12.412.311.33.23-18 20019.8733.1-0.0043 8003-28 20020.3633.9-0.0042 600均值/20.1233.5-0.0043 200变异系数/%/1.71.7026.5
董永七仙女沥青面层松散严重的位置(3-1和3-2试件)对应的试件，其车辙深度随碾压次数的增加变化最快，两个试件同时试验时，碾压次数才8200次车辙深度就达到了20 mm左右，因此试验自动停止。
沥青面层轻微松散的位置(1-1和1-2试件)的平均蠕变斜率最大，其值为-0.00008，面层严重松散的位置(3-1和3-2试件)的平均蠕变斜率最小，其值为-0.004。由于蠕变斜率反映的是沥青混合料的变形速率，其值越大说明其变形速率越慢，表明沥青面层轻微松散处沥青混合
料在水和荷载作用下的抗变形能力最强。
沥青面层轻微松散处试件(1-1和1-2)的剥落反弯点在13000～14000次之间，沥青面层中度松散位置处试件(2-1和2-2)的剥落反弯点在10000次左右，而沥青面层重度松散处试件(3-1和3-2)的2600～3800次之间。剥落反弯点是相应于蠕变曲线和剥落曲线交点的钢轮往复运动次数，剥落反弯点越大，试件的抗水损害的能力越强，表明沥青面层轻微松散处沥青混合料在水和荷载作用下的抗水损坏能力最强。
由此可以看出，松散严重位置处试件相比中轻度松散位置处试件的抗车辙和抗水损害性能要差很，汉堡车辙试验相比飞散损失试验对沥青路面松散病害的区分度更佳。
青春密码2.2 路面二汉堡车辙试验分析
明孝陵神道试件分别取自服役时间近6年的某高等级沥青路面的硬路肩和行车道，室内切割成长300 mm、宽300 mm、高100 mm的方形板块，试验在50 ℃的水浴条件下进行，碾压2万次或者车辙深度达到20 mm时停止试验，同时在现场相同位置处钻取芯样，进行冻融劈裂试验，试件信息见表3。
由图7可知，行车道试件在汉堡车辙试验轮往返达9400次左右，随着往返次数的增加，车辙深度急剧增大，试件深度迅速达20000次而试验停止，路肩试件在碾压20000次时车辙深度是13.32 mm。两处混合料试件均出现了后压实稳定阶段，由于在服役期间硬路肩相比行车道车辆荷载小，因此硬路肩试件汉堡车辙试验出现了较大幅度的后压实稳定阶段。行车道试件出现了剥落反弯点、剥落斜线，在剥落折点出现后永久变形增速较快，而硬路肩试件没有出现剥落折点和反剥落斜线。
表3 路面二的汉堡车辙试验样品信息Table 3 The information of specimens from the cond pavement for hamburg wheel tracking device test编号所取试件部分路面结构桩号位置冻融劈裂强度比/%上面层中面层14 cmAC-13改性沥青混合料+6 cmAC-20改性沥青混合料上行方向K176+960处硬路肩70.262.72上行方向K176+960处行车道轮迹带69.660.5
