目前國(guó)內(nèi)瀝青混合料設(shè)計(jì)方法主要為馬歇爾設(shè)計(jì)方法，Superpave設(shè)計(jì)方法和法國(guó)高模量瀝青混合料設(shè)計(jì)方法在我國(guó)也有應(yīng)用。馬歇爾設(shè)計(jì)方法和Superpave設(shè)計(jì)方法中的油石比(瀝青用量)主要根據(jù)體積指標(biāo)確定，其關(guān)鍵是準(zhǔn)確測(cè)定混合料各組分的相對(duì)密度，而集料的相對(duì)密度的變異性和再生材料相對(duì)密度的復(fù)雜性對(duì)VMA的zui終結(jié)果產(chǎn)生了一定的影響。隨著綠色環(huán)保的理念逐漸深入，RAP的摻量也逐漸增加，新瀝青和回收瀝青之間的相互作用尚未明確，并且瀝青混合料中通常需摻入不同的外加劑以改善混合料的性能，這些因素均對(duì)體積指標(biāo)的適用性提出了挑戰(zhàn)。加之目前尚無(wú)明確的體積指標(biāo)與現(xiàn)場(chǎng)性能的關(guān)系，故混合料性能設(shè)計(jì)思想引起業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注，其中平衡設(shè)計(jì)法即遵循了這種思想。

所謂平衡設(shè)計(jì)是指瀝青混合料設(shè)計(jì)過(guò)程中，進(jìn)行一系列性能試驗(yàn)，以解決路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部由混合料老化、荷載、氣候和結(jié)構(gòu)層位置等因素引起的不同病害，達(dá)到綜合性能的平衡。該理念由美國(guó)聯(lián)邦公路局2015年成立的“平衡設(shè)計(jì)工作小組”(NCAT)提出，NCAT提出未來(lái)平衡設(shè)計(jì)的研究應(yīng)向“確定每種病害模式zui好的性能試驗(yàn)方法”、“建立性能試驗(yàn)結(jié)果和路面病害之間的關(guān)系，建立混合料設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)”等方向發(fā)展?；诖?，本文擬在調(diào)研目前平衡設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上，梳理未來(lái)平衡設(shè)計(jì)重dian研究方向，調(diào)研/分析既有瀝青混合料試驗(yàn)方法、指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)，為推動(dòng)平衡設(shè)計(jì)在中國(guó)的發(fā)展、促進(jìn)相關(guān)試驗(yàn)方法的本土標(biāo)準(zhǔn)化提供借鑒和支撐。

瀝青混合料平衡設(shè)計(jì)流程

目前，平衡設(shè)計(jì)主要在美國(guó)研究較多，NCHRP20-07項(xiàng)目成果表明美國(guó)主要有6個(gè)州在使用平衡設(shè)計(jì)，其它州則使用Superpave體積設(shè)計(jì)方法見(jiàn)瀝青混合料平衡設(shè)計(jì)主要包括“體積設(shè)計(jì)性能驗(yàn)證”、“性能改進(jìn)的體積設(shè)計(jì)”和“性能設(shè)計(jì)”三種流程”[1]。

體積設(shè)計(jì)性能驗(yàn)證

首先根據(jù)體積設(shè)計(jì)方法確定zui佳瀝青用量，然后評(píng)價(jià)混合料的抗車(chē)轍性能、抗裂性能和水損壞性能。如果混合料設(shè)計(jì)滿(mǎn)足性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，則完成目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)；反之，混合料需要采用不同的原材料(集料或?yàn)r青)或重新進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，直至性能指標(biāo)滿(mǎn)足要求。目前美國(guó)的Illinois、Louisiana、New Jersey、Texas和Wisconsin等州，以及我國(guó)普遍采用的馬歇爾設(shè)計(jì)方法均是采用這種流程。

性能改進(jìn)的體積設(shè)計(jì)

首先根據(jù)體積設(shè)計(jì)方法確定初始集料組成和瀝青用量。然后根據(jù)性能試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整瀝青用量或混合料各組分性能要求和組成(如集料、瀝青、再生材料和添加劑)，直至性能指標(biāo)滿(mǎn)足要求。該流程只要求zui終設(shè)計(jì)結(jié)果滿(mǎn)足性能指標(biāo)要求，而體積指標(biāo)可以不滿(mǎn)足要求。目前California州采用該流程。

性能設(shè)計(jì)

直接根據(jù)性能試驗(yàn)結(jié)果確定混合料的組成和比例，可以不考慮體積指標(biāo)，也可以提出瀝青和集料的zui低性能要求。只要性能試驗(yàn)結(jié)果滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)時(shí)可驗(yàn)證體積指標(biāo)，但不受體積指標(biāo)的限制。目前尚無(wú)機(jī)構(gòu)采用這種流程。

可以看出，從流程(1)到流程(3)中，確定瀝青用量時(shí)，性能指標(biāo)的權(quán)重在逐漸增大，選用的性能指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)方法對(duì)zui終的結(jié)果影響顯著，正如NCAT的建議，與路面病害相關(guān)的性能試驗(yàn)方法、指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)是未來(lái)研究的重dian?，F(xiàn)行的混合料設(shè)計(jì)方法中，法國(guó)瀝青混合料設(shè)計(jì)方法可以看作是“平衡設(shè)計(jì)”，其針對(duì)不同地區(qū)瀝青路面所處的環(huán)境、荷載等特點(diǎn)，提出合適的性能要求、達(dá)到性能的平衡設(shè)計(jì)，從而完成混合料的設(shè)計(jì)，但是其相關(guān)性能試驗(yàn)主要用于混合料設(shè)計(jì)階段。美國(guó)有14個(gè)州交通部門(mén)在質(zhì)量保證過(guò)程中使用性能指標(biāo)，主要用于判斷混合料是否滿(mǎn)足要求[1]。

瀝青混合料性能試驗(yàn)方法概述

歐洲

歐洲的瀝青混合料性能試驗(yàn)方法主要在歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12697系列中予以規(guī)定，如表1所示。從表1中可以看出，歐洲標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于每種破壞模式均有不同的試驗(yàn)方法，且均有相應(yīng)的指標(biāo)值要求。我國(guó)在引進(jìn)法國(guó)高模量瀝青混合料過(guò)程中，也引進(jìn)了其中的一些試驗(yàn)方法，如兩點(diǎn)梯形梁彎曲試驗(yàn)、大尺寸車(chē)轍儀試驗(yàn)和多列士試驗(yàn)等。

美國(guó)

美國(guó)針對(duì)不同病害的瀝青混合料性能試驗(yàn)方法如表2所示，部分方法適用于常規(guī)的混合料設(shè)計(jì)和質(zhì)量保證，其他的試驗(yàn)方法更聚焦于瀝青混合料基本的性能標(biāo)準(zhǔn)和性能預(yù)測(cè)。從表2中可以看出，目前美國(guó)相關(guān)的瀝青混合料性能試驗(yàn)方法主要在AASHTO標(biāo)準(zhǔn)和ASTM標(biāo)準(zhǔn)中予以規(guī)定，部分州也制定了相應(yīng)的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，也有試驗(yàn)方法正在研究開(kāi)發(fā)中，尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化文件。與歐洲規(guī)范一樣，每種病害模式均對(duì)應(yīng)幾種試驗(yàn)方法；相比歐洲規(guī)范，美國(guó)對(duì)瀝青路面的開(kāi)裂行為進(jìn)行了更為詳細(xì)的分類(lèi)，包括溫度裂縫、反射裂縫、bottom-up疲勞開(kāi)裂和top-down疲勞開(kāi)裂。

這些性能試驗(yàn)方法若要納入混合料設(shè)計(jì)中，須提出相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)要求，以保證室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)路面性能具有良好的相關(guān)性，同時(shí)還需考慮試驗(yàn)時(shí)間、數(shù)據(jù)分析的復(fù)雜性、試驗(yàn)變異性、設(shè)備可用性和成本，以及混合料設(shè)計(jì)參數(shù)的敏感性。NCHRP20-07Task406從多維度分析了混合料抗裂性能和抗車(chē)轍性能試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)，如表3所示，并調(diào)研了美國(guó)各州交通部門(mén)和利益相關(guān)方關(guān)于每種病害所期望的試驗(yàn)方法，針對(duì)每種類(lèi)型的病害支持率排名前三的試驗(yàn)方法如表4所示。

2014年TTI(Texas A&M Transportation Institute)承擔(dān)的NCHRP9-57項(xiàng)目“Experimental Design for Field Validationof Laboratory Teststo Assess Cracking Resistance of Asphalt Mixtures"開(kāi)展了一系列試驗(yàn)，將室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證相結(jié)合，評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗裂性能，并通過(guò)業(yè)主、工業(yè)界和學(xué)術(shù)界等途徑調(diào)研了不同試驗(yàn)方法的特點(diǎn)，調(diào)研內(nèi)容包括：(1)試驗(yàn)方法可用性；(2)簡(jiǎn)易性；(3)變異性；(4)對(duì)混合料參數(shù)的敏感性；(5)數(shù)據(jù)分析的復(fù)雜性；(6)試驗(yàn)設(shè)備的可用性/成本；(7)實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)的相關(guān)性。調(diào)研得到不同模式排名前列的抗裂性能試驗(yàn)方法如表5所示。

中國(guó)

相比我國(guó)現(xiàn)行JTGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》，正在修訂的《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》增加了19項(xiàng)瀝青混合料性能試驗(yàn)方法，其中包括前述的漢堡車(chē)轍、瀝青路面分析儀、半圓彎曲法等，目前該規(guī)程正在征求意見(jiàn)中。

瀝青混合料性能的常見(jiàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

概述

a)歐洲

歐洲的混合料評(píng)價(jià)指標(biāo)以法國(guó)為例，法國(guó)瀝青混合料設(shè)計(jì)時(shí)采用多列士試驗(yàn)(EN12697-12)、大尺寸車(chē)轍儀(法國(guó)車(chē)轍)(EN12697-22)、兩點(diǎn)梯形梁彎曲模量(EN12697-26)以及兩點(diǎn)梯形梁彎曲試驗(yàn)(EN12697-24)評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗水損壞性能、抗車(chē)轍性能、模量以及抗疲勞性能，并根據(jù)yong久變形、抗疲勞、勁度模量、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)后空隙率和膠結(jié)料含量對(duì)瀝青混合料進(jìn)行分級(jí)，如通過(guò)兩點(diǎn)梯形梁試件加載100X10^4次的zui小微應(yīng)變，將EME瀝青混合料分為2級(jí)。

b)美國(guó)

美國(guó)24個(gè)州交通部門(mén)的混合料設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定了抗車(chē)轍性能要求，其中多數(shù)采用漢堡車(chē)轍試驗(yàn)(HWTT,AASHTOT324)或?yàn)r青路面分析儀(APA,AASHTOT340)來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗車(chē)轍性能。

美國(guó)8個(gè)州交通部門(mén)在現(xiàn)行混合料設(shè)計(jì)規(guī)范中提出抗裂性能要求。其中，部分州僅期望評(píng)價(jià)對(duì)應(yīng)某一具體開(kāi)裂模式的抗裂性能，其他州則期望評(píng)價(jià)瀝青混合料對(duì)應(yīng)所有開(kāi)裂模式的抗裂性能。目前，美國(guó)各州瀝青混合料設(shè)計(jì)規(guī)范中：(1)針對(duì)溫度開(kāi)裂，有3個(gè)州(Iowa,Minnesota和Missouri)提出了要求，且試驗(yàn)方法均采用盤(pán)形壓縮拉伸試驗(yàn)(DCT);(2)針對(duì)反射裂縫，有4個(gè)州提出了要求，其中NewJersey和Texas使用Texas罩面試驗(yàn)儀(OT)，Minois使用彈性指數(shù)(I-FIT)以及Louisiana使用中等溫度條件下的SCB(SCB-Jc);(3)針對(duì)bottom-up疲勞開(kāi)裂，有6個(gè)州提出了要求，其中Iowa，NewJersey和Pennsylvania使用柔性彎曲梁疲勞試驗(yàn)(BBF),Minois使用I-FIT，Louisiana使用半圓彎曲SCB-Jc以及Texas使用OT，需要說(shuō)明的是，Louisiana使用瀝青混合料中等溫度時(shí)的SCB-Jc試驗(yàn)評(píng)價(jià)混合料所有類(lèi)型的抗裂性能；(4)針對(duì)top-down疲勞開(kāi)裂，僅有Mnois和Louisiana這2個(gè)州提出了要求，并且這兩個(gè)州使用I-FIT和SCB-Jc評(píng)價(jià)所有類(lèi)型的抗裂性能，而非僅僅評(píng)價(jià)抵抗top-down疲勞開(kāi)裂性能。

美國(guó)幾乎所有州都提出了瀝青混合料的抗水損壞性能要求，其中85％采用的試驗(yàn)方法為T(mén)SR(AASHTOT283)或漢堡車(chē)轍試驗(yàn)(HWTT，AASHTOT324)。

c)中國(guó)

目前中國(guó)的規(guī)范中主要采用動(dòng)穩(wěn)定度、破壞應(yīng)變、浸水馬歇爾殘留度和劈裂強(qiáng)度比指標(biāo)評(píng)價(jià)瀝青混合料，在一些特殊的混合料中也增加了其他指標(biāo)，如引入法國(guó)瀝青混合料時(shí)，增加了疲勞和模量的指標(biāo)要求。

抗裂性能試驗(yàn)

a) 盤(pán)形壓縮拉伸試驗(yàn)(DCT)

Buttlar等開(kāi)發(fā)了DCT試驗(yàn)以表征瀝青混合料的低溫抗裂性能[3]。目前該方法已納入ASTM標(biāo)準(zhǔn)(ASTMD7313)，評(píng)價(jià)指標(biāo)為斷裂能Gr(當(dāng)峰后荷載降至0.1kN時(shí)，盤(pán)形試件被分開(kāi)，荷載-CMOD曲線的下方面積)見(jiàn)圖1。一般認(rèn)為，Gr越大，瀝青混合料的抗裂性能越好。關(guān)于試驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性，研究表明新拌瀝青混合料的Gr的變異系數(shù)一般為10%，瀝青混合料中摻RAP/RAS時(shí)，變異系數(shù)一般高于15%。并且高溫時(shí)，Gr對(duì)瀝青用量、集料種類(lèi)及溫度敏感；而在低溫和中等溫度時(shí)，Gr對(duì)溫度和空隙率均不敏感[4]。

"InvestigationofLowTemperatureCrackinginAsphaltPavements-PhaseII"項(xiàng)目成果表明，Gr與路面實(shí)際開(kāi)裂狀況具有良好的相關(guān)性，并建議Gf值不應(yīng)低千400J/㎡。需要說(shuō)明的是350~400J/㎡是一個(gè)臨界值，在一些可以接受中等程度開(kāi)裂的工程中，混合料的Gr在350~400J/㎡時(shí)允許使用，而對(duì)于一些重dian工程，則建議G值不應(yīng)低于600J/㎡[5]。

Buttlar等也提出了混合料設(shè)計(jì)時(shí)溫度開(kāi)裂的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。表面層瀝青混合料低溫開(kāi)裂指標(biāo)要求見(jiàn)表6。當(dāng)Gr用于混合料設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮實(shí)驗(yàn)室拌和、壓實(shí)過(guò)程中的短期老化，建議Gr在基于舊路芯樣試驗(yàn)得到的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上增加15%[5]。此外，Ge和瀝青混合料的其他黏彈性能有關(guān)(如蠕變?nèi)崃?，也可作為力學(xué)模型的輸入預(yù)測(cè)瀝青混合料的溫度開(kāi)裂。Dave等研究表明混合料的老化對(duì)斷裂能有一定影響[6]。Hill等[7]和Amold[8]的研究表明混合料中摻入RAP會(huì)降低DCT試驗(yàn)斷裂能，DCT試驗(yàn)對(duì)再生材料的摻加敏感。

b)半圓彎曲試驗(yàn)(SCB)

Marasteanu等開(kāi)發(fā)了SCB試驗(yàn)以評(píng)價(jià)瀝青混合料的低溫開(kāi)裂[5,9]，目前已納入AASHTO標(biāo)準(zhǔn)(AASHTOTP105-13)。與DCT試驗(yàn)相似，SCB試驗(yàn)也以瀝青混合料的斷裂能表征其抗裂性能，SCB斷裂能的變異系數(shù)一般為20%[5]，試件可以為實(shí)驗(yàn)室壓實(shí)成型或者現(xiàn)場(chǎng)取芯。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12697-44中也規(guī)定了SCB試驗(yàn)方法，其評(píng)價(jià)指標(biāo)為斷裂韌性。

Li和Marasteanu等[9]基于MnRoad采用SCB試驗(yàn)研究了不同瀝青(PG58-40，PG58-34和PG58-28)的斷裂能，研究結(jié)果表明，斷裂能對(duì)瀝青等級(jí)敏感。溫度為-30℃時(shí)，PG58-40的瀝青混合料斷裂能zui高，PG58-28的瀝青混合料斷裂能zui低；同時(shí)研究了不同集料種類(lèi)(花崗巖和石灰?guī)r)、空隙率(4%~7%）和瀝青用量(zui佳瀝青用量，zui佳瀝青用量＋0.5%)對(duì)斷裂能的影響，研究結(jié)果表明，SCB試驗(yàn)斷裂能對(duì)集料類(lèi)型和空隙率敏感，對(duì)瀝青用量不敏感；當(dāng)其他因素不變時(shí)，花崗巖混合料斷裂能高于石灰?guī)r混合料；空隙率增加，斷裂能降低；增加瀝青用量并不會(huì)增加斷裂能。

Li和West的研究表明，RAP摻量為20％時(shí)，SCB斷裂能與原瀝青混合料基本一致，而摻量為40％時(shí)，則會(huì)顯著降低SCB斷裂能。NCHRPProject9-46[10]研究表明，對(duì)于高摻量RAP瀝青混合料，RAP摻量對(duì)SCB斷裂能影響不大。

與DCT試驗(yàn)相似，Minois，Minnesota和Wisconsin等地的實(shí)體工程研究結(jié)果表明，SCB試驗(yàn)斷裂能和觀測(cè)路段橫向裂縫的總長(zhǎng)度相關(guān)性良好。一般建議瀝青混合料斷裂能不低于350J/㎡,若考慮瀝青混合料的老化，建議混合料斷裂能不低于400J/㎡[5]。

Mohammad等人的研究表明，SCB試驗(yàn)可以預(yù)測(cè)瀝青路面抗裂性能，斷裂能JC值越大，材料的抗斷裂性能越好，當(dāng)JC大于500~650J/㎡時(shí)，混合料預(yù)期可表現(xiàn)出良好的抗裂性能。

c) Minois柔性指數(shù)試驗(yàn)(I-FIT)

與Marasteanu開(kāi)發(fā)的SCB試驗(yàn)不同，Minois大學(xué)開(kāi)發(fā)了另一種SCB試驗(yàn)以評(píng)價(jià)瀝青混合料的抗裂性能[11]。兩者不同之處在于，前者的加載模式為控制CMOD速度為0.03mm/min進(jìn)行加載，后者的采用控制垂直變形速度為50mm/min進(jìn)行加載，目前已納入AASHTO標(biāo)準(zhǔn)中(AASHTOTP124)。

此外，由于斷裂能Gf不能區(qū)分強(qiáng)而脆的混合料和軟弱有延性的混合料，故Minois大學(xué)引進(jìn)了柔性指數(shù)(FI)參數(shù)，F(xiàn)I越高，混合料的抗裂性能越好。因此，可通過(guò)提高斷裂能降低斜率達(dá)到增加FI的目的，F(xiàn)I的變異系數(shù)一般在4.2%~21.3％范圍內(nèi)，平均值為10%。2016年，Lippert的研究表明，橫向開(kāi)裂和FI具有良好的相關(guān)性[2]。

d)德州罩面儀(OT)

OTzui初用來(lái)評(píng)價(jià)土工合成材料，2005年Zhou等人改進(jìn)了OT[13]，并將其用千評(píng)價(jià)HMA罩面的抗裂性能，隨后研究人員逐漸開(kāi)始使用OT，并認(rèn)為其是實(shí)驗(yàn)室區(qū)分和評(píng)價(jià)混合料的抗裂性能的可靠方式。Loria對(duì)比了不同的HMA抗反射裂縫性能的實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)方法，并認(rèn)為OT是唯yi經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)室方法，且實(shí)驗(yàn)室性能與現(xiàn)場(chǎng)性能具有良好的相關(guān)性[14]。

OT的主要作用是模擬反射裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，目前德州規(guī)范Tex-248-F對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)約定，其被TTI和TxDOT等使用，其他州如New Jersey、Alabama等也有使用。Walubita等研究表明大多數(shù)密級(jí)配和粗級(jí)配OT試驗(yàn)結(jié)果變異系數(shù)約為30%，認(rèn)為其與其他重復(fù)荷載開(kāi)裂試驗(yàn)相比，變異系數(shù)較低[5]。

Walubita等人[15]評(píng)價(jià)了OT的關(guān)鍵試驗(yàn)步驟，以?xún)?yōu)化試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性并將變異性降至zui低。研究結(jié)果表明，試樣干燥方法、膠黏劑用量、平行試件數(shù)量、空隙率、試驗(yàn)時(shí)試樣的老化和溫度變化都會(huì)影響OT測(cè)試重復(fù)性和變異性，如果方法中對(duì)這些方面進(jìn)行改進(jìn)或者進(jìn)一步明確相關(guān)要求，可以使變異性降至zui低。

OT可以有效鑒別瀝青用量、瀝青類(lèi)型、集料級(jí)配和空隙率等對(duì)瀝青混合料性能的影響，并且實(shí)體工程觀測(cè)結(jié)果顯示OT試驗(yàn)結(jié)果和路面實(shí)際開(kāi)裂狀況相關(guān)性良好。Bennert等在Massachusetts的項(xiàng)目中成功采用OT鑒別反射裂縫過(guò)早產(chǎn)生的原因[16]。

e)瀝青混合料間接拉伸開(kāi)裂試驗(yàn)(IDEAL-CT)

Zhou等開(kāi)發(fā)了IDEAL-CT試驗(yàn)評(píng)價(jià)了瀝青混合料的抗裂性能，與IDT試驗(yàn)不同的是，IDEAL-CT試驗(yàn)的荷載-位移曲線不僅可以分析zui大應(yīng)力，還通過(guò)記錄試件完全破壞前的荷載和變形，根據(jù)斷裂力學(xué)原理推到得到CTindex。CTindex是試件厚度、Gr、峰值75％處的位移、峰值75％處的FD斜率和試件直徑的函數(shù)，CTindex越高，濕合料抗裂性能越好，并且該指標(biāo)對(duì)瀝青用量敏感，目前主要用于室內(nèi)混合料評(píng)價(jià)，并未用于現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證[17]。

車(chē)轍試驗(yàn)

a) 瀝青路面分析儀(APA)

APA試驗(yàn)已為AASHTO標(biāo)準(zhǔn)采納(AASHTOT340)。Kandhal和Cooley[8]在NCHRP9-17項(xiàng)目中研究了APA和現(xiàn)場(chǎng)車(chē)轍的相關(guān)性，結(jié)果表明，APA試驗(yàn)得到的車(chē)轍深度與FHWA加速加載(FHWA-ALF)、WesTrack、MnROAD和1-80(Nevada)項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)車(chē)轍深度具有良好的相關(guān)性。然而，在NCAT環(huán)道的10個(gè)試驗(yàn)段中，APA得到的車(chē)轍深度與現(xiàn)場(chǎng)車(chē)轍深度的相關(guān)性較差，該試驗(yàn)段在加載兩年后沒(méi)有出現(xiàn)明顯的車(chē)轍?；谟邢薜臄?shù)據(jù)，APA也與其他性能試驗(yàn)進(jìn)行了比較，評(píng)價(jià)其用于現(xiàn)場(chǎng)車(chē)轍預(yù)測(cè)的可能性，若需根據(jù)某一工程的APA車(chē)轍深度預(yù)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)車(chē)轍深度，需根據(jù)相近位置和交通情況建立的模型進(jìn)行預(yù)估。Florida州提出的APA標(biāo)準(zhǔn)為64CC條件下，加載8000次時(shí)車(chē)轍深度zui大為4.5mm。

b)漢堡車(chē)轍試驗(yàn)(HWTI)

漢堡車(chē)轍試驗(yàn)是由德國(guó)的Helmut-Wind Incorporated of Hamburg開(kāi)發(fā)，在德國(guó)此試驗(yàn)作為規(guī)范的一個(gè)要求，用于一些交通量大的行車(chē)道路，以評(píng)估抗車(chē)轍和抗剝落性能。典型的漢堡車(chē)轍曲線為平均車(chē)轍深度-加載次數(shù)的曲線，分為壓密、蠕變和剝落三個(gè)階段[9]，見(jiàn)圖3。除車(chē)轍深度指標(biāo)外，尚可采用剝落反彎點(diǎn)(SIP)指標(biāo)，其為車(chē)轍深度突然增加時(shí)的加載次數(shù)，曲線上反映為蠕變階段和剝落階段擬合線的交點(diǎn)。SIP值越高，車(chē)轍深度越低的混合料性能越好。研究表明，漢堡車(chē)轍與路面性能具有良好的相關(guān)性，但是其不能區(qū)分某些混合料性能的優(yōu)劣，目前漢堡車(chē)轍廣泛應(yīng)用于California，Colorado，Minois以及Iowa等機(jī)構(gòu)，我國(guó)相關(guān)工程中也有采納，江蘇省也驗(yàn)證了德州標(biāo)準(zhǔn)對(duì)省內(nèi)常用瀝青混合料的適應(yīng)性。Aschenbrene等[20]研究表明HWTI與路面性能具有良好的相關(guān)性，但是有研究表明對(duì)一些性能好和差的混合料缺乏區(qū)分度。

Edward T .Harrigan在NCHRP Project10-87中開(kāi)展了美國(guó)不同地區(qū)實(shí)驗(yàn)室漢堡車(chē)轍比對(duì)試驗(yàn)[21],探討了試件形狀(板式、圓柱式)、不同地區(qū)設(shè)備、試件制備方式(實(shí)驗(yàn)室輾壓、現(xiàn)場(chǎng)取芯)、混合料類(lèi)型四個(gè)因素對(duì)于漢堡車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果的影響程度，研究表明：(1)現(xiàn)場(chǎng)取芯與現(xiàn)場(chǎng)取車(chē)轍板的漢堡車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果離散性較小，并且試件形狀對(duì)于漢堡車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果的影響較??；(2)不同地區(qū)實(shí)驗(yàn)室漢堡車(chē)轍深度離散性較大，剔除車(chē)轍深度離散較大樣本，車(chē)轍深度相差約5~8mm,板式與圓柱式試件車(chē)轍深度發(fā)展趨勢(shì)基本一致；(3)對(duì)于抗車(chē)轍性能優(yōu)異的瀝青混合料(漢堡車(chē)轍試驗(yàn)車(chē)轍深度在12.5mm以?xún)?nèi))的瀝青混合料，離散性較小，對(duì)于抗車(chē)轍性能較差的瀝青混合料，離散性較大；(4)建議對(duì)于車(chē)轍深度較小的瀝青混合料進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)以保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

c) 重復(fù)荷載蠕變?cè)囼?yàn)(FlowNumber)

重復(fù)荷載蠕變?cè)囼?yàn)也叫FlowNumber(FN)試驗(yàn)，其評(píng)價(jià)指標(biāo)為應(yīng)變速率達(dá)到zui低點(diǎn)時(shí)的加載次數(shù)FN。FN增加，材料的抗車(chē)轍性能增加。WesTrack，MnROAD以及FHWA-ALF等實(shí)體工程的觀測(cè)結(jié)果表明，F(xiàn)N和混合料的抗車(chē)轍性能具有良好的相關(guān)性[22.23]，同時(shí)NCHRP9-33也提出了HMA和WMA的FN標(biāo)準(zhǔn)[24]。歐標(biāo)EN12697-25也規(guī)定了重復(fù)荷載蠕變?cè)囼?yàn)方法，其包括兩種加載模式，區(qū)別在于是否考慮圍壓的作用，圍壓為靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)。

d) 大尺寸車(chē)轍儀(法國(guó)車(chē)轍)(FRT)

大尺寸車(chē)轍儀也叫法國(guó)車(chē)轍試驗(yàn)儀FRT,由法國(guó)路橋中心實(shí)驗(yàn)室LCPC開(kāi)發(fā)和研制，已在法國(guó)成功使用20a以上，并成功減少了瀝青土路面上車(chē)轍的數(shù)量，具體標(biāo)準(zhǔn)可參考EN12697-22。FRT已成功在美國(guó)得到應(yīng)用，應(yīng)用zui多的是科羅拉多州和聯(lián)邦高速公路局的Turner- Fairbank公路研究中心(TFHRC)，西部環(huán)道研究項(xiàng)目綜合考慮法國(guó)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和科羅拉多州的研究結(jié)果后認(rèn)為FRT試驗(yàn)比較保守，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為試件經(jīng)30000次加載之后變形量為試件初始厚度的10％比較合適，數(shù)據(jù)表明FRT車(chē)轍深度10mm(100mm厚試件變形量達(dá)到10%)大約對(duì)應(yīng)實(shí)際路面車(chē)轍深度12.5mm。

抗水損壞試驗(yàn)

瀝青混合料的水損壞試驗(yàn)，除各國(guó)瀝青混合料設(shè)計(jì)規(guī)范的水損壞試驗(yàn)方法（如凍融劈裂、多列士等方法）外，還包括漢堡車(chē)轍試驗(yàn)方法，一般評(píng)價(jià)指標(biāo)為SIP。Aschenbrener研究表明在Colorado conditions的條件下，當(dāng)SIP大于14000次時(shí)，混合料具有良好的抗水損壞性能(10-15a)。

盡管漢堡車(chē)轍試驗(yàn)被許多公路機(jī)構(gòu)廣泛采用，在試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)分析層面依舊存在幾個(gè)問(wèn)題。NCHRP9-49的成果顯示，目前SIP和車(chē)轍深度并不總是能夠準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)某些混合料。為更好地分析漢堡車(chē)轍試驗(yàn)結(jié)果，Yin等開(kāi)發(fā)了新的方法，能夠分別評(píng)價(jià)抗水損壞性能和抗車(chē)轍性能，并且精度有了顯著的提升。方法為：(1)根據(jù)車(chē)轍深度和加載次數(shù)曲線，首先采用復(fù)函數(shù)方程對(duì)漢堡車(chē)轍試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，方程包含負(fù)曲率部分和正曲率部分，曲率發(fā)生變化的臨界點(diǎn)代表剝落次數(shù)(SN)，此時(shí)的加載次數(shù)LCSN為水損壞性能的評(píng)價(jià)參數(shù)；(2)采用Tseng-Lytton模型擬合剝落前的粘塑性應(yīng)變，以SN時(shí)的斜率作為表征抗車(chē)轍性能的參數(shù)；(3)當(dāng)SN出現(xiàn)后，定義剝落(剝落應(yīng)變)引起的yong久變形為總的yong久性變形和預(yù)計(jì)的粘塑性應(yīng)變之和，使用指數(shù)模型擬合剝落后階段，SN后車(chē)轍深度達(dá)到12.5mm所需要增加的荷載次數(shù)LCST為剝落后水穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)參數(shù)。LCSN和LCST越高，斜率越低，混合料的抗水損壞性能和抗車(chē)轍性能越好[25]。

結(jié)論與建議

a)瀝青混合料平衡設(shè)計(jì)方法zui終尋求的是混合料性能的平衡，即根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境對(duì)混合料性能的要求，提出特定使用條件下瀝青混合料性能的需求矩陣。

b)目前歐美國(guó)家有很多瀝青混合料試驗(yàn)方法，但是總體而言，與方法相關(guān)的指標(biāo)技術(shù)要求較少。

c)與瀝青路面病害相關(guān)的性能試驗(yàn)方法是未來(lái)平衡設(shè)計(jì)發(fā)展的重dian方向，目前瀝青混合料的性能試驗(yàn)主要應(yīng)用于配合比設(shè)計(jì)和室內(nèi)評(píng)價(jià)階段，用于現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量保證的試驗(yàn)方法較少。

d)建議推進(jìn)瀝青混合料性能規(guī)范，通過(guò)研究與路面性能相關(guān)聯(lián)的試驗(yàn)方法、指標(biāo)及技術(shù)要求，建立完善的瀝青路面質(zhì)量評(píng)價(jià)手段。

建議開(kāi)展相關(guān)瀝青混合料性能試驗(yàn)方法、指標(biāo)及技術(shù)要求的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究，將應(yīng)用場(chǎng)景從混合料設(shè)計(jì)階段推向現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量保證階段，實(shí)現(xiàn)材料設(shè)計(jì)與施工一體化。

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全文完 發(fā)布于《石油瀝青》2020年12月?作者簡(jiǎn)介：呂正龍，男，2013年碩士畢業(yè)千河海大學(xué)材料學(xué)專(zhuān)業(yè)，目前從事瀝青混合料評(píng)價(jià)和瀝青路面設(shè)計(jì)相關(guān)研究工作

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