基于AMPT和2PT試驗機半柔性路面材料動態(tài)模量試驗研究

王 娜，平景飛，王曉燕，段美棟

（1.山東高速股份有限公司，山東 濟南 250101；2.山東省交通科學研究院，高速養(yǎng)護技術(shù)行業(yè)重點實驗室，山東 濟南 250102）

引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國交通行業(yè)也隨之向國際先進水平邁進，交通量越大對路面的要求也越來越高，尤其是惡劣氣候、重載交通條件下因交通造成的車轍越來越受到業(yè)內(nèi)人士的重視。在道路的紅綠燈路口、港口碼頭、長陡坡路段、機場跑道、公交站點等地，通車短短幾個月就發(fā)生車轍病害，導致了大量維修養(yǎng)護費用的產(chǎn)生和交通不順暢。在九十年代引入國內(nèi)的半柔性路面材料再次受到業(yè)內(nèi)人士的認可，它具有抗車轍性能好，兼具瀝青路面舒適性等特點，雖然單位造價相對略高，但由于路段較少，養(yǎng)護費用少，長期效益好，故受到廣大業(yè)主的認可。由于半柔性路面材料使用起步晚，指導設(shè)計參數(shù)較少，以設(shè)計空隙率和動態(tài)模量為主要研究目標進行研究，期望可以為半柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計提供設(shè)計依據(jù)。

1 設(shè)計空隙率

半柔性路面是將特殊配制的膠漿灌入空隙率為20%～30%的瀝青混合料母體中構(gòu)成的一種特殊路面[1]。文獻提到連通空隙的數(shù)量決定了母體瀝青混合料灌注膠漿效果的優(yōu)劣，若連通的空隙占據(jù)目標空隙的大部分，則母體瀝青混合料的灌注越好，越容易得到密實的半柔性路面材料。而在實際設(shè)計中一般認為母體瀝青混合料空隙率到達20%～30%便可達到設(shè)計要求，對連通空隙率沒有具體要求，這是不正確的。

采用OGFC方法設(shè)計母體瀝青混合料，考慮到母體瀝青混合料中的空隙并非全部連通，膠漿材料無法流入封閉的空隙。因此，連通空隙的數(shù)量決定了母體瀝青混合料可灌性（施工性能）的優(yōu)劣，若連通空隙占據(jù)目標空隙的大部分，則母體瀝青混合料的可灌性越好，越容易得到密實的半柔性路面材料。對基體灌漿量的測定，一方面用于計算水泥漿體的實際用量，用以指導生產(chǎn)；另一方面用于檢驗母體瀝青混合料級配是否合理。本研究引入CORELOK法測試連通空隙率。

試驗采用玄武巖和SBS改性瀝青進行配合比設(shè)計，采用了兩個級配，集料通過率見表1。采用雙面各擊實50次成型馬歇爾試件，體積法測得試件空隙率和CORELOK法測得全孔隙率及連通空隙率，結(jié)果見表2。

表1 兩個級配集料篩通過率/%

表2 使用CORELOK法和體積法測得空隙率

試件1～8是2#級配，試件9～16是1#級配，使用CORELOK法測得全空隙率和連通空隙率對比發(fā)現(xiàn)，全空隙率不能全部反映真實的連通空隙率，存在一定誤差。由圖1中試件3、14與試件5可以看出，這與試件封閉空隙的大小存在直接關(guān)系，封閉空隙率小測得的需求連通空隙率較大，反之較小，雖然存在誤差，但基本滿足設(shè)計需求。在條件不能實現(xiàn)CORELOK法測空隙率時，體積法亦可，體積法測得的空隙率和CORELOK法測得的全空隙率趨勢基本一致，但是不建議使用。

圖1 使用CORELOK法和體積法測得空隙率對比

從圖1和后期的灌注效果來看，連通空隙率大于15%基本滿足設(shè)計需求，CORELOK法測得全空隙率大于17%基本滿足設(shè)計需求，而使用體積法，空隙率大于25%才能滿足設(shè)計需求。

2 2PT動態(tài)模量試驗

使用法標梯形梁兩點彎曲模量試驗方法測試在不同溫度、不同頻率下半柔性路面材料的模量，數(shù)據(jù)結(jié)果見圖2、圖3。

圖2 使用2PT試驗機在不同溫度下的模量試驗

圖3 使用2PT試驗機在不同頻率下的模量試驗

（1）由圖2看出，在20 ℃ 10 Hz情況下，模量值為16 400 MPa，半柔性路面材料模量較大抗車轍能力好；且受溫度影響較大，溫度越高其模量越小，這與瀝青混合料性質(zhì)基本一致，說明半柔性路面材料兼具黏彈性材料的特點，行車舒適性比水泥混凝土路面好。（2）由圖3看出，半柔性路面材料在5～10 Hz的情況下模量受頻率影響較小，說明在車速較小情況下其抗車轍能力好。

3 AMPT動態(tài)模量試驗

本研究采用旋轉(zhuǎn)壓實成型，取芯切割成型φ100，H150的標準件進行AMPT動態(tài)模量試驗，試驗結(jié)果見圖4、圖5。

圖4 使用AMPT試驗機在不同溫度下的模量試驗

圖5 使用AMPT試驗機在不同頻率下的模量試驗

（1）數(shù)據(jù)顯示在20 ℃ 10 Hz情況下，模量值為21 402 MPa，AMPT試驗機結(jié)果較2PT結(jié)果大，其趨勢基本一致。（2）AMPT試驗機可以進行更低頻率的模量試驗。在低頻試驗數(shù)據(jù)中可以看出，受頻率影響較大，此時母體瀝青混合料發(fā)揮一定的作用。

4 半柔性路面材料與瀝青混合料的對比

為對比半柔性路面材料的特性選用了加某抗車轍劑的YM1AC-20，普通SBS的AC-20，瀝青砂AC-5進行了不同溫度和頻率下模量比較，對比情況見圖6、圖7。

可以看出，半柔性路面材料動態(tài)模量明顯高于其他瀝青混合料，但是對溫度的感應基本與瀝青混合料相一致，受頻率的影響比瀝青混合料要小，表現(xiàn)出較好的抗車轍性能和較好的舒適性能。

圖6 在10 Hz不同溫度下的模量曲線（AMPT）

圖7 在20℃不同頻率下的模量曲線（AMPT）

5 結(jié)語

（1）半柔性路面材料設(shè)計時應采用連通空隙率設(shè)計，按照最小連通空隙率大于15%設(shè)計，CORELOK法測得全空隙率大于17%設(shè)計，而使用體積法時空隙率大于25%設(shè)計。（2）2PT勁度模量與AMPT動態(tài)模量相比，勁度模量值要小，AMPT壓縮動態(tài)模量更接近水泥混凝土類模量。（3）半柔性路面材料模量較瀝青混合料模量要大，設(shè)計時可按本地的等效溫度進行使用，采用2PT和AMPT試驗機數(shù)據(jù)都可以滿足要求。（4）半柔性路面材料表現(xiàn)出良好的路用性能，特別是強抗車轍能力和舒適性。