摘 要

车辙造成沥青路面失效的主要原因之一，车辙会降低沥青路面整体性能同时也会大幅度降低沥青路面使用寿命，造成了交通隐患，提高了维修保养费用和频率。影响车辙的因素有很多，本文重点研究了轮碾位置对车辙和对沥青混合料的疲劳寿命的影响。

本文采用组成和结构与沥青路面的组成和结构相似的全厚度车辙试件，同时也是为了去除车辙试验中的边界效应。根据国内的环境气候特征和交通负载条件，确定温度为45℃，载荷强度为0.7MPa和行车速度为20r/min。在充分利用多功能路面材料寿命分析仪空间的情况下，确立了除对照组（中心碾压）之外的4组实验组分别为：距离中心偏离2cm、4cm、6cm和4cm（重复两次）。

确定了原材料以及其配比之后成型全厚度车辙板，成型完毕后使用多功能路面材料寿命分析仪进行测试。测试完毕后钻芯取样进行后续的空隙率以及间接拉伸疲劳试验来研究沥青混合料的抗疲劳性能。研究表明不同轮碾位置会影响沥青混合料的寿命。主要表现为距离中心位置越远，疲劳寿命越大，且相同的碾压时间分不同的次数产生的车辙状况以及疲劳寿命差别不大。

关键词：多功能路面材料全寿命分析仪；车辙；轮碾位置；间接拉伸疲劳试验

Abstract

Rutting is one of the main reasons to failure the asphalt pavement, as the rut will reduce the overall performance of the asphalt pavement，and it will also significantly lower the asphalt pavement’ life, which might result in traffic hazards. At the meanwhile, it will improve the costs and frequency of maintenance. There are many factors that affect the rutting, and this paper focuses on the influence of the wheel position on the rutting and the fatigue life of the asphalt mixture.

In this paper, the full-thickness rutting test plate, whose composition and structure are very similar to the asphalt pavement, is selected to avoid the boundary effect in the rutting test. According to the domestic environmental ,climatic characteristics and traffic load conditions, we determined the temperature is 45 ℃, the load intensity is 0.7MPa and the driving speed is 20r / min. Thinking of taking full advantage of the multifunctional pavement material life analyzer’s space, four sets of experimental groups besides the control group (center compaction) were established: the distance from the center was 2cm, 4cm, 6cm and 4cm(repeat twice) respectively.

Then form the full thickness track plates after determining the raw materials and their ratio. After the forming, we tested these plates by the multi-functional pavement material life analyzer. After the test, the core samples were subjected to subsequent porosity and indirect tensile fatigue test to study the anti-fatigue properties of the asphalt mixture.

This study have shown that different wheel positions will affect the life of the asphalt mixture，which mainly performs on the distance from the center position：asphalt mixture has longer fatigue life when wheel positions is farther away from center position, and if the same rolling time are divided into different several times, the results are similar on conditions of rutting and fatigue life difference.

Keywords: Multi-functional pavement material life analyzer; Rut; Wheel position; Indirect tensile fatigue test.

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 研究背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1沥青路面分析仪 2

1.2.2旋转加载车辙仪 2

1.3 研究内容及技术路线 3

第2章 原材料与实验方法 5

2.1 原材料 5

2.1.1 沥青 5

2.1.2集料 6

2.1.3矿粉 8

2.2沥青混合料性能试验 9

2.3试验仪器 9

第3章车辙板试件的制备 10

3.1沥青混合料的配比设计 10

3.2车辙试件尺寸的确定 16

3.3车辙板试件成型方案 17

3.4车辙板成型步骤 17

第4章 试件车辙产生的模拟研究 19

4.1沥青路面车辙的类型及形成过程 19

4.2试验参数的确定 19

4.3试验方案的确定 20

4.4 实验数据处理 22

4.5空隙率的测定 28

第5章 沥青混合料抗疲劳性能研究 30

第6章 结论 34

参考文献 35

致谢 36

附录 37

第1章 绪 论

1.1 研究背景

高速公路是如今交通网络的重要组成部分，对国民经济发展起着至关重要的作用。高速公路是我国现代交通网络的重要组成部分，其对促进国民经济发展起着至关重要的作用。在世界各国已建公路中，沥青路面已占80%以上^[1]；当前我国公路通车里程已超过423万公里，沥青路面近百万公里。

车辙是高速公路沥青路面的主要病害之一，占的比率达到80%^[2] 。车辙会影响行车，降低安全性和舒适性，影响沥青路面的整体强度和使用寿命，增加沥青路面的维修次数和成本。车辙的影响因素很多，本文着重研究了不同碾压位置对车辙的影响，分析了沥青混合料性能的演变规律。

路面的全寿命服役性能受外部诸多因素影响，然而目前为止对路面耐久性和服役性能的研究主要还是依靠室内材料试验进行，并未综合全面考虑到在实际服役过程中路面材料受到诸多因素的影响。其中车辙是高速公路沥青路面的主要病害之一，车辙会影响行车，降低安全性和舒适性，影响沥青路面的整体强度和使用寿命，增加沥青路面的维修次数和成本。车辙的影响因素很多，本文着重研究了不同碾压位置对车辙的影响，分析了沥青混合料性能的演变规律。

相比与传统的车辙仪只能针对某一固定位置进行碾压，本实验采用的多功能路面材料全寿命分析仪可根据需要改变轮碾位置，对试件不同位置进行碾压模拟分析。实际路面中车辆并非行使在同一位置处，而传统车辙实验仪受到只能对试样某一位置进行碾压模拟的限制，不能真实模拟实际情况。实际路面中碾压位置会随着车辆行驶路线的微小差异而产生较大变化，受力方式也有所不同，试样所受到的破坏形式及程度也有所不同。此外，实际交通荷载下沥青路面疲劳寿命与室内沥青混合料试样的疲劳寿命存在严重的差异，原因在于室内试验的参数无法营造与实际情况的相似复杂条件。 荷载性质、 温度高低、辐射大小和路面应力应变状态等因素在室内试验中难以充分反映。

本实验使用的多功能路面材料全寿命分析仪是针对模拟沥青路面服役环境条件来对路面材料进行全寿命使用行为进行分析而研制的设备。通过开发紫外光老化环境装置，模拟不同典型地区的紫外光辐射；设计加速加载系统模拟车轮碾压作用；通过温度控制系统调节试验环境温度以模拟昼夜气温变化；通过降雨模拟装置实现湿度与水分调控；通过氧气控制器模拟各地区空气差异。上述研究思路可综合模拟光、热、氧、轴载、温度变化以及雨水等服役环境因素，研究沥青路面在光、热、周期性应力、温度应力、水损害等因素综合作用下的使用情况，使室内加速老化试验最大限度的模拟实际环境下的沥青路面服役行为。多功能路面材料全寿命分析仪可以解决在较短时间内快速模拟长期实际交通荷载条件下的沥青路面破坏情况，通过对沥青材料长期老化行为和路面所受荷载作用的探明，为优化道路材料组成结构设计、研发先进道路材料提供科学依据，为提高沥青路面路用性能和使用寿命提供技术支撑，同时也为道路再生和路面养护等研究领域提供理论指导和技术支持。从而实现科学合理利用沥青材料、延长沥青道路工程的使用寿命、降低路面维修次数、减少废弃物的排放、节约宝贵石油资源的目的，实现道路材料的可持续发展。

1.2国内外研究现状

常见的车辙试验有以下几种：沥青路面分析仪(APA, Asphalt Pavement Analyzer)，汉堡车辙试验机(HWTD, Hamburg Wheel Tracking Device)，旋转车辙仪(RLWT, Rotary Loaded Wheel Tester)等。

1.2.1沥青路面分析仪

沥青路面分析仪是一种以混合料车辙深度为主要评测指标的用于试验室的加速加载测试装置。自从从1996年美国路面技术有限公司研制出第一台APA开始^[3]， APA一直都是最能真实模拟路面结构以及综合全面评价路面性能的试验仪器之一 , 其主要功能为沥青混合料抗车辙能力和抗水损能力抗疲劳能力的测定。试验中采用小钢轮作为往复加载的载荷施加源来模拟实际路面的交通荷载，APA具备完善的控温系统，每次可完成3个平行试样的测定。梁试件的空隙率控制在7% ,圆柱体试件的空隙率可控制在4%或7%^[4],试件也可现场钻芯亦可切割而成。试验中温度控制在40.6-64℃,施加荷载大小为445N,充气胶管压力为6.9×10⁵Pa 。APA实际上为佐治亚车辙仪（GLWT，Georgia Loaded Wheel Tester）改良仪器，GLWT主要用于进行沥青路面现场的质量控制，可以进行圆柱体试件和梁试件的车辙试验 。梁试件的尺寸为125×300×75（mm）,圆柱体试件的尺寸为φ150×75（mm）.试件的空隙率控制在4-7%,加载循环次数8000次,试验温度为30-65℃。轮载和胶管压力与APA相同，车辙标准为加载8k次时的车辙深度^[5]。

1.2.2旋转加载车辙仪

RLWT可以对直径100mm和150mm 的芯样进行车辙试验评价。RLWT使用单向旋转加载轮,又驱动旋转大轮和边缘设置的10个小橡胶轮构成 , 每个从动小轮的轴设为125N ,接触压强是0. 69MPa , 最大车辙测试深度6.35mm,。RLWT检验沥青混合料抗车辙能力的指标是在一定加载次数(N)下产生累计变形的深度(d),或指定的累计变形深度所需要的加载的次数^[6]

1.3 研究内容及技术路线

本文使用全厚度车辙板试件，碾压位置对车辙的影响，为路面结构设计提供依据。研究沥青路面出现车辙时各层产生的结构变化，并分析车辙变形对沥青混合料路面性能的影响。

主要内容如下：