沥青混合料车辙试验研究
摘要：采用沥青混合料车辙仪对6种沥青混合料进行车辙试验，通过对沥青混合料车辙深度与时间及轮碾次数的关系的研究，提出了动稳定度DS1和动稳定度DS2并进行对比分折得出动稳定度指标DS2较DS1，合理。
随着高速公路在我国的大规模修建，沥青路面的使用性能越来越受到重视。车辙不仅降低了路面的使用寿命，还严重影响着行车安全性，是高速公路沥青路面的主要病害，车辙主要产生于高温时沥青混合料的永久变形，车辙试验是评价沥青混合料高混变形的简单易行方法，目前我国已把车辙试验列入部颁规范。
车辙试验方法最初由英国TRRL开发的，由于试验方法本身比较简单，试验结果直观且与实际沥青路面的车辙相关性甚好，因此得到了广泛的应用。车辙试验是一种模拟实际车轮荷载在路面上行走而形成车辙的工程试验方法：从广义上讲包括了室内往复车辙试验，旋转车辙试验，大型环道试验、直道试验、野外现场加速加载试验等都可认为是属于车辙试验的范畴，这些试验最基本的和共同的原理就是通过采用车轮在板块状试件或路面结构上反复行走，观察和检测试块或路面结构的响应，用动稳定度或车辙深度来表征试验结果。
车辙试验是评价沥青混合料在规定温度条件下抵抗塑性流动变形能力的方法，通过板块状试件与车轮之间的往复相对运动，使试块在车轮的重复荷载作用下产生压密、剪切、推移和流动，从而产生车辙。车辙试验是一种工程试验方法，试验结果可用于建立经验公式来预测沥青路面车辙深度，或用于检测沥青混合料的抗车辙能力。车辙试验的最大的特点是能够充分模拟沥青路面上车轮行驶的实际情况，在用于试验研究时，还可以改变温度、荷载、试件厚度、尺寸、成型条件等等，以模拟路面的实际情况，搞清楚各种因素变化对车辙变形的影响。目前，世界上广泛采用的是室内小型往复式车辙试验机进行沥青混合料
抗车辙性能试验，在进行车辙试验时，可观察到轮辙形成的全过程。
1 车辙试验方法及试验原理
我国的车辙试验试验时采用300 mm×300 mm×50 mm的车辙试模，按试验规程的标准方法用轮碾机成型。使用直径200 mm、宽50 mm的包橡胶实心轮胎，轮压0．7 MPa试验温度60 ℃，加载轮运行速度为42次／min。车辙试验通常进行60 min或最大变形到25 mm为止，动稳定度DS1(次／mm)按式
(1)计算：
DS1=(t2 -t1)x42 /d2-d1 （1）
式中：d1为荷载轮作用时间t1(一般为45 min)时的永久变形，mm；d2为荷载轮作用时间t2(一般为60min)时的永久变形，mm。
2试验研究内容
2．1 试验材料
为了使试验更具有代表性，根据沥青混凝土路面实际设计情况，控制成型试件空隙率为3％～5％，对上、中两面层6种级配进行车辙试验。6种沥青混合料材料选取及级配见表1和表2。
2．2试验结果分析
采用6种级配进行车辙试验结果见表3。
从表3可以看出，表面层采用的改性沥青混合料，动稳定度明显偏大，而中面层采用的是70#沥青混合料，动稳定度相对较小，但均达到规范要求：按JTG F40—2004中规定的夏炎热区高速公路、一级公路普通沥青混合料动稳定度不少于1 000次／mm、改性沥青混合料动稳定度不少于2 800次／mm来评价，均满足要求。
动稳定度指标取最后15 min的变形计算，是为了消除由于试件本身的压密变形。但动稳定度指标测量最后15 min内的微小形变，其受传感器精度的影响较大，通常动稳定度愈大要求位移传感器精度愈高，而一般位移传感器的读数精度为±0．02 mm，如现在一些沥青混凝土(SMA)的动稳定度较高，达到10000次，也就是在15 min内产生0．06 mm左右的变形，则位移传感器的精度对动稳定度的影响可达到30％，这样的变形误差相对较大，准确度较低。而且动稳定度指标未考虑其前3倍时间内的形变发展情况，因此有其一定的局限性。为了解决上述动稳定度DS1评价沥青混合料高温性能时存在的问题，将车辙变形的数据采集下来，然后对数据进行分析，选取车辙变形量随时间的变化过程进行直线回归(相关系数R不小于0．97，通过去掉开始阶段车辙变形量急剧增大的数据点来实现)，以此来计算动稳定度(见图1)。
为免于车辙数据处理的麻烦，记录了l 000次、3 000次以及车辙总变形，分别对应
于车辙作用时间为23．8、71．4、73 min的车辙变形，主要是基于以下因素考虑：①类似于车辙动稳定度DS1的方法计算动稳定度DS2，便于人们理解；②23．8 min以后的变形基本上消除车辙变形量急尉变化阶段，作用时间为71．4 min时试件也基本上没有破坏；③23．8—71．4 min时间内的车辙变形反映了沥青混合料高温稳定阶段的变形，且变形增长事与车辙试验数据回归的变化率较为一致；④记录73min变形主要是便于计算作用3 000次(71．4 min变形)的变形。其车辙动稳定度DS2按式(2)计算：
DS2=3 000-1 000 /d4-d3 （2）
式中：d，为荷载轮作用l 000次时的永久变形，mm；d为荷载轮作用3 000次时的永久变形，mm。
法国的车辙试验采用相对变形指标，对于薄沥青砼，规定2个等级：3 000次，相对变形小于15％；10 000次，相对变形小于15％。其中，3 000次相当于71．4 min，10 000次相当于238 min。相对变形率指标是法国和美国最早提出的，其意义为轮载作用下的永久变形与试件高度的比值，用百分率表示。文中相对变形按式(3)计算：
δ1=(l1÷h)×100％ （3）
式中：δ1为试件的相对变形，％；l1为试件试验作用时间为73 min的变形，mm；h为试件的厚度，mm。
试件的车辙动稳定度DS2与相对变形δ1试验结果见表4。
从表3及表4可以看出，动稳定度DS1与DS2试验指标评价不同级配的沥青混合料高温性能时排序结果一致，DS2较DS1更为合理，原因主要在于：①同一组试件平行试验结果变异系数DS1明显较DS2大，如AC—13 I变异系数DS1比DS2大10％左右；②动稳定度愈大要求位移传感器精度愈高，而在同一传感器精度下，动稳定度DS2稍小于动稳定度DS1；③动稳定度DS1考虑的车辙作用时间较长，测得的变形较大，更好地反映路面车辙稳定阶段的变形情况。
同时，通过试件的总变形，得到相对变形指标。从表4得到，各级配沥青混合料相对变形率均满足小于15％的要求。动稳定度DS2与相对变形考虑了荷载作用期间较长，且得到的数据变异性较小，它们是较为合理的评价指标。
目前动稳定度试验测试结果存在2种情况：一是同一组试件的变异性较大，相差30％-50％是比较普遍的；二是一些改性沥青的混合料试验动稳定度很高，实际上这样的试验误差已经很大。这既与试验方法、评价指标本身有关，更与现有的试验设备有较大关系=规范上要求测量精度为0．01 mm以上，测量的量程一般为20~30 mm，实际上要求传感器的相对精度为5／10000—3／10000，此精度一般已达到国产传感器精度的极限。我国的常规车辙试验时间普遍太短，时间不够，用于评价沥青混合料永久变形性能还远远不够。因此，采用常规车辙试验来评价沥青混合料的高温性能有其一定的局限性。
3 结论
①动稳定度指标DS1测量最后15 min的微小变形未考虑其前3倍时间内的形变发展情况，其受传感器精度的影响较大，精度较低。动稳定度愈大要求位移传感器精度愈高，而在同一传感器精度下，动稳定度指标DS2稍小于动稳定度DS1，精度较高。
且DS2考虑荷载作用期间较长，得到的同组试验数据变异性较小，因此动稳定度指标DS2较DS1合理。
②动稳定度试验结果存在2种情况：一是同一组试件的变异性较大，相差30％-50％是比较普遍的；二是一些改性沥青的混合料试验动稳定度很高，实际上这样的试验误差已经很大。
③常规车辙试验时间普遍太短，时间不够，用于评价沥青混合料永久变形性能还远远不够，采用常规车辙试验来评价沥青混合料的高温性能有其一定的局限性。