基于足尺ALF车辙预估模型的甘肃地区沥青混合料高温性能标准研究

摘要

车辙的预估和混合料的高温稳定性标准一直来是道路界的研究重点。本文依托ALF加速加载车辙试验、室内车辙试验、路面力学分析、混合料抗剪强度试验，建立起基于足尺ALF试验的车辙预估模型，并提出与气温、交通量、路面结构力学状况、结构层位、行车速度等相关联的甘肃地区混合料高温性能指标和标准，对完善车辙预估和混合料高温性能标准、以及实现车辙的材料和结构设计一体化控制，均具有重要的意义。
　　 本文首先对甘肃地区和我国其它地区的沥青路面病害进行调查分析，确定甘肃干旱半干旱地区沥青路面的主要病害为车辙、低温开裂和沉陷；建议在现行规范设计指标的基础上，增加面层剪应力、低温断裂应力和土基顶面压应变以控制车辙、低温开裂和沉陷。
　　 采用直剪仪对混合料的抗剪强度进行了测试，分析沥青种类和标号、级配类型、最大公称粒径、温度等对混合料抗剪强度的影响。
　　 对三种路面结构在不同的温度、轴载下进行ALF加速加载车辙试验。结果显示，路面厚度、温度和轴重是影响车辙的重要因素；车辙主要发生在中、上面层，下面层最小，因此应该分层控制车辙、提高主车辙区的技术标准。
　　 对ALF试验结构进行力学分析，计算剪应力、竖向弹性变形和竖向压应力，对比分析ALF试验亚层车辙的比例与亚层路面力学指标的相似度，推荐以剪应力作为确定亚层车辙分配比例的力学指标。
　　 以ALF车辙试验、室内车辙试验、路面力学分析、混合料抗剪强度试验为依托，建立起分别以抗剪强度[(t)]和车辙试验60min变形RD0表征混合料性能的、并综合路面结构剪应力l、轴载作用次数N、路面温度T、行驶速度V和路面厚度d的车辙预估模型。根据时间硬化蠕变模型，采用理论方法将行车速度植入车辙预估模型中。
　　 对车辙预估模型的路面温度、轴载作用次数、行车速度、剪切应力和抗剪强度的确定方法进行选择；参考AASHTO2002车辙增量计算方法，以月为计算时间单元进行车辙累积计算；结合临清试验路实测车辙数据，对车辙预估模型进行验证。
　　 提出按亚层车辙、路表车辙分别控制的车辙检验方法，亚层容许车辙深度为路表容许车辙乘以亚层车辙分配系数，亚层车辙分配系数由亚层剪应力比例确定。
　　 针对我国现行规范车辙试验评价指标体中系存在的问题，提出与气温、交通量、路面结构力学状况、结构层位等相关联的混合料高温性能指标，高温性能评价指标为混合料的抗剪强度[(t)]、车辙试验动稳定度DS和60min变形RD0;采用本文建立的车辙预估模型，推荐甘肃省不同分区典型结构不同层位混合料的抗剪强度标准、DS标准和RD0标准。