淺析汽車試驗場SMA瀝青路面在重型車輛路試下的抗剪性能

舒俊 史志華 張弦

摘 ?要：SMA瀝青混合料因具備良好路用性，近年來被廣泛運用到汽車試驗場試驗道路路面中。本文圍繞SMA瀝青路面表層抗剪性能展開分析，采用制動平行試驗、原地打方向平行試驗，記錄了在不同車速下重載車輛制動、不同軸荷下原地打方向?qū)ζ囋囼瀳鲈囼灺访娴谋韺悠茐?。結(jié)果表明：重載車輛制動對瀝青路面損傷可忽略不計，但原地打方向?qū)r青面層的破壞影響較大，主要體現(xiàn)在表層瀝青混合料的剝落，長期會造成瀝青路面凹槽，影響路面不平度，進而影響汽車相關(guān)道路試驗的開展。

關(guān)鍵詞：汽車試驗；SMA；路用性能；抗剪性能

中圖分類號：U41 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1005-2550（2023）04-0058-06

Analysis of the Shear Resistance Performance of SMA Asphalt Pavement under Heavy Vehicles in the Automotive Testing Ground

SHU Jun1， SHI Zhi-hua2， ZHANG Xian1

（1.National Automobile Quality Inspection and Test Center （Xiangyang），

Xiangyang 441004， China；2.Wuhan Dongyan Intelligent Design Institute Co.， LTD，

Wuhan 441004 ， China）

Abstract： In recent years， SMA asphalt mixture with excellent road performance has been widely used in experimental road surfaces at automotive testing grounds . The analysis on the shear resistance performance of the surface layer of SMA asphalt pavement is focused. Using parallel braking tests and in-situ driving direction parallel tests， the surface damage of the test road surface on the automotive testing ground is recorded under different speeds of heavy-duty vehicle braking and different axle loads in situ driving direction. The results indicate that the braking of heavy-duty vehicles causes negligible damage to the asphalt pavement. However， the direction of driving in place has a significant impact on the damage of the asphalt surface layer. It is mainly reflected in the peeling of the surface asphalt mixture， which can cause grooves on the asphalt pavement in the long term. And then， the unevenness of the pavement is affected. And the development of road tests related to automobiles is affected in final.

Key Words： Automobile Test; SMA; Pavement Performance; Shear Behavior

引 ? ?言

隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，近年來國內(nèi)陸續(xù)建成多個大型汽車試驗場，用于滿足日益增長的汽車路試需求。自2010年至今，我國市政道路、公路路面基本采用瀝青混凝土作為路面的主要材料類型[1]，因此國內(nèi)近幾年修建的大型商乘兩用汽車試驗場也選擇瀝青混凝土作為試驗檢測路面。瀝青混凝土路面具有連續(xù)好、行車舒適、路面整潔、行車噪聲小、抗滑性好等優(yōu)點[2]，但同時也具有使用壽命短、易開裂、易老化等缺點。在國內(nèi)綜合性汽車試驗場進行試驗的商用車輛總重一般不大于55噸，其特點為軸載重、測試動作幅度大，存在原地打方向、緊急制動、原地掉頭等試驗項目，對瀝青路面表層形成剪切作用，影響瀝青路面使用壽命。本文以襄陽達安汽車試驗場四期某試驗道路試驗段為對象（試驗段位于試驗道路非核心路段部分），觀測在重載車輛路試條件下SMA瀝青路面的抗剪性能，分析其破壞因素，用于指導(dǎo)汽車試驗場瀝青路面設(shè)計和運行管理。

1 ? ?達安汽車試驗場（四期）瀝青路面試驗段設(shè)計

1.1 ? 達安汽車試驗場（四期）瀝青路面試驗段設(shè)計

襄陽達安汽車試驗場四期擴建項目主要用于商用車的動態(tài)性能測試，例如汽車滑行試驗、汽車制動試驗、汽車蛇形試驗、汽車轉(zhuǎn)向試驗、汽車操縱穩(wěn)定性試驗等，試驗道路主要包含性能道路、動態(tài)圓廣場、商用車模擬高速公路，路面材料均采用SMA瀝青混合料。上部設(shè)計荷載為總重不大于55噸，軸重不大于14噸商用車，交通等級為輕交通。為滿足商用車重載需求，采用半剛性基層設(shè)計，路床采用改良土設(shè)計。采用HPDS2017對路面組合進行設(shè)計，最終確定如下結(jié)構(gòu)組合，詳見表1：

本此試驗段瀝青混合料集料采用玄武巖，玄武巖抗壓強度大、壓碎值低、耐磨性好、吸水率低、抗腐蝕性強、瀝青粘附性強，是目前國際試車場最常用上面層瀝青混合料的集料。

SMA瀝青材料指標如表3所示：

本次試驗段選用SBS改性瀝青，其特點為：（1）溫差較大的地區(qū)有很好的耐高溫、抗低溫能力；（2）有較好的抗車轍能力，提高路面的抗疲勞能力，特別是在大流量、超載嚴重的公路上具有良好的應(yīng)變能力，可減少路面的永久變形；（3）增強了路面的抗滑能力、承載能力；減少路面應(yīng)紫外線輻射導(dǎo)致的瀝青老化現(xiàn)象。纖維采用木制纖維，具有吸油性能好，可以延緩瀝青老化，高溫性能的條件下路面耐久性更好，本次試驗段SMA木質(zhì)素纖維摻量不低于0.3%[3]。

1.2 ? 國內(nèi)近期建設(shè)的試車場典型測試道瀝青路面結(jié)構(gòu)層對比

近幾年國內(nèi)陸續(xù)建成幾個大型汽車試驗場，其路面材料也大多采用瀝青混凝土，對比分析國內(nèi)近期建設(shè)的試驗場瀝青路面，詳見表4。

新疆吐魯番試車場為極熱地區(qū)的試車場，當(dāng)?shù)貧鉁兀?5℃～51.7℃，夏季地表最高溫度可達83℃，其測試道瀝青路面面層設(shè)計采用高溫性能良好的SMA-13混合料，并使用高低溫性能均較好的SBS改性瀝青拌和；定遠德技試車場為商用車試車場，其測試道面層采用AC-13C混合料，采用SBS改性瀝青拌和；

對比的試車場目前有的尚未投入使用，有的僅使用數(shù)次尚未正常使用，暫無類似情況的報告，無法獲取對比照片；通過對比，襄陽試車場四期路面面層采用SMA-13混合料，SBS改性瀝青拌和；在中面層同時使用SBS改性瀝青和抗車轍劑。從結(jié)構(gòu)層設(shè)計和材料的選擇，以及設(shè)計路面達到的彎沉值來看，本次試驗段道路相對其他試驗場道路設(shè)計標準相對較高[4]。

2 ? ?現(xiàn)場試驗

2.1 ? 試驗段質(zhì)量檢測

本次試驗段設(shè)在商用模擬高速公路東直線南段，總長200米，道路寬度16米。試驗段完成后，進行相關(guān)指標檢測，各項指標均滿足設(shè)計要求，主要檢測結(jié)果如表5所示：

2.2 ? 試驗段制動對比試驗

為對比在相同路面、相同荷載、相同溫度條件下，不同試驗車速制動后對試驗段瀝青路面產(chǎn)生的剪切影響，制定試驗方案：試驗車輛總重47.5噸，長為18.1米的鉸接列車，軸重約12噸；環(huán)境溫度36℃，路表溫度62℃，分別采用30km/h、40km/h、80km/h試驗車速進行完全制動，現(xiàn)場記錄測試其剎車輪印及路表損傷情況，主要試驗結(jié)果如表6所示。

由表6可知，試驗車速越大，對應(yīng)的制動距離越長。同時圖1～3表明，無論以上三種制動試驗制動輪跡印未見瀝青剝落、骨料松散脫落現(xiàn)象，亦無車轍、推移及雍包現(xiàn)象。車輛總配重為47.5噸，路面對試驗車輛的峰值水平制動力約為399KN，試驗車輛輪胎與瀝青路面總接觸總面積約為0.7875m2，此時輪胎對瀝青面層產(chǎn)生的平均水平剪應(yīng)力約為0.532MPa。試驗車輛在剎車時，輪胎與瀝青路面之間產(chǎn)生的水平剪應(yīng)力遠遠大于瀝青混合料表層瀝青膠的抗剪強度0.02MPa。因此，車輛在急剎車時產(chǎn)生的剎車輪?。ㄝ営≈饕奢喬ツp造成），屬于正常使用狀況，基本不會路面穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，但路面溫度過高時（溫度大于65度），也會造成路面表層瀝青混合料的剝落風(fēng)險[5]。故建議夏季當(dāng)路表溫度大于65度后試驗場應(yīng)主動控制重載車輛試驗，降低對試驗道路的影響。

2.3 ? 試驗段原地打方向?qū)Ρ仍囼?/p>

為對比在相同路面、相同溫度條件下，不同軸重試驗車對試驗段瀝青路面產(chǎn)生的剪切影響，制定試驗方案：試驗車輛總重分別為48噸、35噸、20噸、5噸、2噸；環(huán)境溫度36℃，路表溫度62℃，現(xiàn)場每次試驗進行一次左右滿盤打方向，現(xiàn)場記錄測試輪印大小及集料剝落情況，主要試驗結(jié)果如表7所示。

由表7數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)場試驗車輛原地打轉(zhuǎn)方向盤，前軸重配重約在4～11.5t之間，道路附著系數(shù)為0.96，前輪接觸面積為0.071265平方米，此時原地打轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生的平均水平扭轉(zhuǎn)應(yīng)力（1.178MPa）已大于瀝青膠甚至瀝青混合料的抗剪切強度0.8MPa，出現(xiàn)明顯圓形輪印凹陷并伴有剝離物散落。但凹陷深度并未隨軸載的增加發(fā)生明顯變化，主要是由于原地打方向產(chǎn)生的水平剪切力遠大于豎向力，此時主要為水平扭轉(zhuǎn)剪切破壞?；诖耍囕v在瀝青路面原地打轉(zhuǎn)方向會對瀝青路面造成路面破壞，建議此試驗可在水泥混凝土（加耐磨骨料）路面上進行[6～9]。

另外，隨著路面使用時間的增加，下層瀝青油上移，瀝青混合料結(jié)構(gòu)進一步緊密，表層集料棱角的磨損，同時瀝青質(zhì)性質(zhì)也會發(fā)生一定的改變，此時原地打盤對瀝青路面上面層的影響會逐漸減小。但為保護汽車試驗場瀝青路面的使用壽命，建議做相關(guān)極限試驗時在水泥混凝土路面上進行[10]。

3 ? ?結(jié)論及建議

本文主要圍繞SMA瀝青混凝土的抗剪性能展開分析，對重載車輛路面上進行制動、原地打方向造成SMA瀝青混合料表層受損情況進行現(xiàn)場試驗，主要得到如下結(jié)論：

（1）根據(jù)達安試驗場四期試驗段重型車輛制動測試情況以及三期已經(jīng)投入運營的測試道路目前使用情況來看，瀝青路面是能夠滿足試車的需求，即便在夏季氣溫較高的情況下也能承受制動、轉(zhuǎn)向行駛等試車動作，不會對正常的試車造成影響；但建議在高溫狀態(tài)下對路面進行灑水降溫處理，會在一定程度延長試驗道路的使用壽命。

（2）瀝青路面本身為柔性路面，車輛原地打轉(zhuǎn)方向會對路表造成一定程度的損傷，尤其是新鋪路面，建議試驗車輛原地打轉(zhuǎn)方向的測試準備動作在水泥混凝土廣場或?qū)Ｓ闷脚_進行。建議對試車員進行專項培訓(xùn)，避免在瀝青混凝土路面進行原地打方向動作，以保證試驗道路使用壽命。

（3）測試道路投入使用后，應(yīng)及時清理路面散落顆粒和修補局部破損，避免路面顆粒物、小破損在行車作用下對原路面造成進一步的損傷。

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