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為研究凍融循環(huán)對武漢地區(qū)瀝青路面的影響程度,分別對經(jīng)歷過0、10、20、40次凍融循環(huán)的瀝青混合料試件進行了凍融循環(huán)試驗研究,主要測定試件的動彈性模量和質(zhì)量損失等技術指標.同時對經(jīng)歷過上述不同次凍融循環(huán)次數(shù)的試件進行全厚度車轍試驗,得出動穩(wěn)定度DS和車轍深度RD隨凍融循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律,并對上述結(jié)果進行了分析.研究結(jié)果表明,凍融循環(huán)對瀝青路面車轍的影響不容忽視.
瀝青路面車轍是城市道路的一種典型而又普遍的路面病害形式.圍繞車轍的成因機理及防治措施,國內(nèi)外相關工程技術研究人員作了大量的研究工作,但通常都是針對單層材料結(jié)構來進行的.華中科技大學控制結(jié)構湖北省重點實驗室在2002年提出了在路面結(jié)構設計中應當控制全厚度車轍的概念.2008年年初湖北、湖南、廣東等南方地區(qū)出現(xiàn)了50a未遇的大雪,凍融現(xiàn)象十分明顯,對瀝青路面進行凍融循環(huán)后的性能分析顯得十分必要.
1試驗設計與試驗
1.1凍融次數(shù)和溫度標準
水泥混凝土抗凍性試驗方法中提到凍融試驗到達以下三種情況的任何一種時,即可停止試驗：
1）凍融至300次循環(huán).
2）試件的相對動彈性模量下降至60％以下.
3）試件的質(zhì)量損失率達5％.
瀝青路面的設計使用年限一般為10~1.根據(jù)武漢地區(qū)的氣候特點,估計可能發(fā)生的凍融循環(huán)次數(shù)zui多為40次,故選擇凍融循環(huán)次數(shù)上限為40次.本次試驗主要針對武漢地區(qū)氣候狀況進行的.武漢屬北亞熱帶濕潤氣候,1月份平均氣溫為4.3℃.為便于控制,故選擇溫度上限為4.5℃.根據(jù)瀝青材料路用性能的氣候分區(qū),冬冷區(qū)和冬溫區(qū)的分界溫度為-9℃.為使該試驗對其他地區(qū)也有借鑒意義,選擇下限為-9℃.
1.2試件制作及快速凍融方法
由于沒有瀝青混合料的凍融循環(huán)的試驗規(guī)程,因此主要參考水泥混凝土的相關試驗規(guī)程.試件制作好后2d拆模再將試件在溫度為15～20℃的水中浸泡4d;試驗的凍融方法按照JTGE30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》中水泥混凝土抗凍性能試驗方法（快凍法）進行.試驗試件的尺寸為300mm×300mm×150mm;用于測定動彈性模量和質(zhì)量損失試件尺寸為100mm×100mm×300mm.快速凍融試驗在混凝土快速凍融試驗機中進行.為了對比分析,試驗凍融循環(huán)次數(shù)分別取0、10、20、40次,每種凍融循環(huán)次數(shù)下至少試驗3個試件.當發(fā)現(xiàn)試驗結(jié)果離散性較大時,適當增加試件數(shù)目,以求數(shù)據(jù)的完整、準確.
1.3車轍試驗條件
本次試驗在每種凍融循環(huán)次數(shù)結(jié)束后分別做了擬定瀝青結(jié)構層全厚度車轍試驗,試驗荷載為0.7MPa,試驗溫度為60℃,每組試件連續(xù)測試時間為5h.全厚度車轍試驗對象為武漢市三環(huán)線武黃高速公路共線段采用的瀝青加鋪結(jié)構.其主要路面結(jié)構層見表1.
1.4試驗結(jié)果
按試驗設計思想,與動彈性模量、質(zhì)量損失等試驗平行,按“1.3車轍試驗條件”,分別做了凍融次數(shù)為0、10、20、40次時的全厚度車轍試驗,綜合結(jié)果見表2.車轍試驗曲線見圖1.
2.試驗數(shù)據(jù)分析
由圖1可以看出,車轍變形隨著時間的增加而增加,凍融次數(shù)越多,變形越大.但對于同一瀝青路面結(jié)構,凍融次數(shù)越多,只是前期的變形速率（切線斜率）較大,3h以后幾乎呈線性變化,變化趨勢都比較穩(wěn)定且相差不大.將表2的試驗結(jié)果繪成直方圖（見圖2和圖3),可以更加清楚地了解在凍融循環(huán)作用下,動穩(wěn)定度DS和車轍深度RD隨凍融循環(huán)次數(shù)改變的變化趨勢.
分析圖2和圖3不難看出,當荷載為0.7MPa、溫度為60℃時,凍融次數(shù)從0次增加到10次,動穩(wěn)定度降低了17.2%,車轍深度則增加了13.7％;凍融次數(shù)從10次增加到20次時,動穩(wěn)定度又降低15.6%,車轍深度則增加10.5％;凍融次數(shù)從20次增加到40次時.動穩(wěn)定度再降低23.9%,車轍深度則增加7.4％.每次試驗結(jié)束后,試件并沒有明顯的剝落現(xiàn)象,但由于多次循環(huán),試件出現(xiàn)許多微裂縫并吸入水分,加上瀝青混合料孔隙率相對水泥混凝土而言比較大,所以導致試件質(zhì)量增加,沒有“質(zhì)量損失”現(xiàn)象,不過增加的幅度并不大,zui大的為0.57％.這是本次試驗發(fā)現(xiàn)的規(guī)律之一,它與水泥混凝土試驗明顯不同.瀝青混合料的動彈性模量隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增多而微弱減小,經(jīng)過10次凍融循環(huán)以后,動彈性模量約減小1.7％,經(jīng)過20次凍融循環(huán)以后,動彈性模量約減小3.4％,經(jīng)過40次凍融循環(huán)以后,動彈性模量約減小4.3％.用zui小二乘法回歸,得到不同凍融循環(huán)次數(shù)下相對動彈性模量P隨著凍融循環(huán)次數(shù)變化的關系式：
P＝3×10-5N2-0.0022N+1.0007（1）
其中P=Edn/Ed0
式中：P為經(jīng)n次凍融循環(huán)后試件的相對動彈性模量;N為凍融循環(huán)次數(shù);Ed0為經(jīng)0次凍融循環(huán)后混凝土動彈性模量,MPa;Edn為經(jīng)N次凍融循環(huán)后混凝土動彈性模量,MPa.式（1）的相關系數(shù)為r＝-0.9974.不同的試驗條件結(jié)果會有所不同,但其變化規(guī)律值得借鑒.
3.結(jié)語
隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,瀝青混合料的質(zhì)量沒有大的改變,沒有剝落現(xiàn)象,沒有“質(zhì)量損失”產(chǎn)生.相對動彈性模量P隨凍融次數(shù)N變化比較小,即動彈性模量也沒有太大改變,其變化規(guī)律見式（1）.動彈性模量表征的是材料在經(jīng)過凍融或其他侵蝕作用后遭受破壞的程度,可用來評定其耐久性.從全厚度車轍的試驗結(jié)果來看,凍融循環(huán)對瀝青混合料動穩(wěn)定度DS和車轍深度RD有較大的影響.
