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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(jìn)行了凍融循環(huán)試驗(yàn)研究,主要測定試件的動彈性模量和質(zhì)量損失等技術(shù)指標(biāo).同時(shí)對經(jīng)歷過上述不同次凍融循環(huán)次數(shù)的試件進(jìn)行全厚度車轍試驗(yàn),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(jìn)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(jī)理及防治措施,國內(nèi)外相關(guān)工程技術(shù)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(gòu)來進(jìn)行的.華中科技大學(xué)控制結(jié)構(gòu)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在2002年提出了在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)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(jìn)行凍融循環(huán)后的性能分析顯得十分必要.
1試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)
1.1凍融次數(shù)和溫度標(biāo)準(zhǔn)
水泥混凝土抗凍性試驗(yàn)方法中提到凍融試驗(yàn)到達(dá)以下三種情況的任何一種時(shí),即可停止試驗(yàn)：
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(dá)5％.
瀝青路面的設(shè)計(jì)使用年限一般為10~1.根據(jù)武漢地區(qū)的氣候特點(diǎn),估計(jì)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(yàn)主要針對武漢地區(qū)氣候狀況進(jìn)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(yàn)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(yàn)規(guī)程,因此主要參考水泥混凝土的相關(guān)試驗(yàn)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(yàn)的凍融方法按照J(rèn)TGE30—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中水泥混凝土抗凍性能試驗(yàn)方法（快凍法）進(jìn)行.試驗(yàn)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(yàn)在混凝土快速凍融試驗(yàn)機(jī)中進(jìn)行.為了對比分析,試驗(yàn)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(yàn)3個(gè)試件.當(dāng)發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果離散性較大時(shí),適當(dāng)增加試件數(shù)目,以求數(shù)據(jù)的完整、準(zhǔn)確.
1.3車轍試驗(yàn)條件
本次試驗(yàn)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(gòu)層全厚度車轍試驗(yàn),試驗(yàn)荷載為0.7MPa,試驗(yàn)溫度為60℃,每組試件連續(xù)測試時(shí)間為5h.全厚度車轍試驗(yàn)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(gòu).其主要路面結(jié)構(gòu)層見表1.
1.4試驗(yàn)結(jié)果
按試驗(yàn)設(shè)計(jì)思想,與動彈性模量、質(zhì)量損失等試驗(yàn)平行,按“1.3車轍試驗(yàn)條件”,分別做了凍融次數(shù)為0、10、20、40次時(shí)的全厚度車轍試驗(yàn),綜合結(jié)果見表2.車轍試驗(yàn)曲線見圖1.
2.試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
由圖1可以看出,車轍變形隨著時(shí)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(gòu),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(yàn)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(dāng)荷載為0.7MPa、溫度為60℃時(shí),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(shí),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(shí).動穩(wěn)定度再降低23.9%,車轍深度則增加7.4％.每次試驗(yàn)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(dǎo)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(yàn)發(fā)現(xiàn)的規(guī)律之一,它與水泥混凝土試驗(yàn)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(guān)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(guān)系數(shù)為r＝-0.9974.不同的試驗(yàn)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(yàn)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.
