摘 要

为了更加准确的反应沥青路面在服役时的性能，本文采用全厚式车辙试件以保证模拟效果，同时使用多功能路面材料全寿命分析仪来对测试环境进行控制，设置温度梯度以观察温度对沥青路面服役性能的影响，同时设置紫外光强来模拟太阳辐射并产生温度梯度。不同强度的紫外光可以产生梯度变化不同的温度场，使用红外相机确定了试件表面温度分布的情况，以确定测量梯度温度场的位置。通过比较分析了有无紫外光和紫外光强弱产生梯度温度场的能力以及对沥青路面服役性能的影响。结果显示：车辙破坏有压密和稳定两个阶段，其他条件相同的情况下更高的温度会显著降低动稳定度，且车辙破坏进入稳定阶段的时间点更晚。紫外光会在试件中形成显著的梯度温度场，且紫外光强度越高试件中形成的温度场梯度越大。更高的紫外强度会显著降低动稳定度，且车辙破坏进入稳定阶段的时间点更晚。

关键词：全厚式车辙试件；梯度温度场；动稳定度；车辙破坏；紫外光

ABSTRACT

 In order to respond more accurately to the performance of the asphalt pavement in service, this paper uses the full-thickness rutting specimen to ensure the simulation effect. At the same time, the multi-function pavement material life analyzer machine is used to control the test environment, and the UV light intensity is set to simulate solar radiation and produce a temperature gradient, which is used to observe the Asphalt pavement performance. Different intensity of the UV light can produce different gradient temperature field. Infrared camera is used to observe the surface temperature distribution of the specimen to determine the location to measure the gradient temperature field. The influence of the presence of UV light and UV intensity on the gradient temperature field and the effect on the service performance of asphalt pavement were studied. The results show that the rutting of the specimen has two stages of compaction and stabilization. The higher the temperature will significantly reduce the dynamic stability, and the time of entry the stabilization phase is later. UV light will form a significant gradient temperature field in the specimen, and the higher the intensity of the UV light, the higher the temperature gradient will form in the specimen. Higher UV intensity will significantly reduce the dynamic stability, and the time of entry the stabilization phase is later.

Keyword：Full-thickness rutting test specimen；Gradient temperature field；Dynamic stability；Rutting；UV-light

目 录

第1章 绪论 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 沥青路面的温度场预测方法 1

1.2.2 标准试验方案中的不足 2

1.3 课题研究内容 2

1.3.1 采用的技术方案及措施 3

1.4 预期目标 3

第2章 原材料与试验方法 5

2.1 试验原材料 5

2.1.1 沥青 5

2.1.2 集料 6

2.1.3 矿粉 8

2.2 沥青混合料的配比设计 9

2.2.1 上面层配合比设计和最佳油石比确定 10

2.2.2 下面层和中面层的配合比和最佳油石比确定 13

第3章 车辙试件尺寸的确定 16

3.1 车辙板试件成型方案 16

3.2 车辙板成型步骤 17

3.3 温度测量点位置的确定 18

第4章 沥青混凝土全寿命模拟分析 19

4.1 仪器 19

4.2 实验条件的确定 19

4.3 实验结果 19

4.4 温度对车辙的影响 23

4.4.1 动稳定度 24

4.5 紫外光对车辙的影响 24

4.5.1 温度梯度 25

4.5.2 动稳定度 25

第5章 结论 27

参考文献 28

致 谢 30

第1章 绪论

• 1. 研究目的和意义

高速公路是我国交通网络中重要的组成部分。目前我国公路通车里程已超过423万公里，其中沥青路面约百万公里。沥青年需求量达到2000万吨，其中约800万吨依赖进口。但路面使用寿命一般为5—9年，未能达到其16年的设计使用寿命。如何高效、科学的使用沥青材料，以达到延长路面使用寿命，降低维修次数，节约优先的石油资源，一直都是公路研究中的重要课题。

不同地区的环境千差万别，导致路面服役环境也不同。服役环境的差异会使路面状态呈现出不同的表现形式。沥青材料是一种温敏材料^[1]。这使得众多环境影响因素中，温度成为影响沥青路面性能的主要因素之一。沥青老化、重载、水损害等沥青路面常见的损坏形式也与路面温度分布有着一定程度的关系。由此看来，研究沥青路面在不同温度场条件下的性能有实际意义。

国内外研究现状

沥青路面的温度场预测方法

有关沥青路面温度场的课题已经有很多人进行了深入研究，目前主流的预测方法都可以归类为两类：理论分析法和实验测试法。

最初大量研究者希望通过气象学和传热学的基本原理，将路面视为一个有限宽度，在水平面方向上无限伸展的模型，并考虑气温，太阳辐射，对流换热，湿度等条件对沥青路面温度场的影响，建立方程，希望的到与多个参数相关的，具有泛用性的温度场解析解模型。采用理论分析法的研究有：E.S. Barber ^[2] 将路面简化为均质半无限体，建立了路面以及以下3.5英寸的温度、气温、太阳辐射之间的关系.A.I. Straub ^[3], 在纽约北部现场测定了方程中的气象参数，Hermasnsson ^[4] 分析了夏季高温条件下的路面，并提出了预估模型，预估模型在与瑞典的实测数据比较时，表现出较高的精确度。严作人 ^[5] 使用理论分析法对多层体系温度场求解，分别建立了一维和二维的温度场解析模型. 这些理论研究帮助研究者了解了沥青路面随着环境因素变化的规律，但由于沥青路面的很多参数会随着实际使用的沥青材料的不同而产生差异，准确的测量这些参数并不是一件简单的工作，而这些参数中的误差将对预估的温度场产生影响，使预测结果偏离实际，失去预测意义。除此之外，理论分析法所推导出的方程十分繁杂，难于求解^[6]。由于以上缺陷，研究者都放弃理论分析法，转而使用实验测试法。

目前得益于传感技术的发展，测量多点温度的试验方法变的更加经济。实验测试法基本思路是基于实测数据进行回归分析，建立经验方程。实验测试法建立的经验方程在一定范围内具有实际应用价值，在一定区域内的可靠性较高，具有实用性，越来越多的研究者在尝试建立经验方程以达到预测沥青路面温度场的目的。然而实验测试法在建立经验方程的过程中，对影响温度场的因素选择过于主观，一些重要的影响因素可能被忽略，也可能有影响并不明显的因素被写入方程中。再者，经验方程往往达不到量纲统一^[7]，所建立的方程式物理意义不明确。

标准试验方案中的不足

规范JTG F40-2004和规程JTJ 025-2000针对车辙破坏提出了解决指导，设定了沥青混合料设计的车辙检验标准，但即使是满足规范标准的沥青混合料设计在用于实际路面时也会有不同程度的车辙破坏^[8]。可能的原因有很多，期中有几种原因值得深入研究：

1. 重载低速的车辆对路面的破坏，国内已经研究者报道过重载车辙实验的结果^[9]，国外也有文献报道低速车辙实验，也有部分研究者研究了低速重载条件下的车辙实验^[8].
2. 规范针对每一层沥青混合料的车辙性能都做了评价，但实际工程中使用三层沥青来铺设道路。规范中的评价方法并不能对实际道路中三层沥青的车辙性能进行评价，导致按照规范设计的道路也可能达不到预期期望。有部分学者研究过全厚式车辙实验^[10]但实验并没有同时改变其他实验条件。
3. 规范中要求车辙实验中沥青混合料内部各点都是60℃的温度场，而沥青路面在实际服役的过程中温度场的分布十分复杂，已经有很多研究者对沥青路面温度场的模拟方法进行了研究^[6]，在车辙试验中引入非恒定温度场就变的具有研究价值。

课题研究内容

相比与传统的车辙仪以及其他的老化模拟设备的恒定的温度场，多功能路面材料全寿命分析仪的温度场是可以通过紫外灯来调节的。普通车辙仪实验条件分为45℃以及60℃标准与非标准实验，浸水与非浸水实验，共四个可选择实验条件。在上述实验条件下，在按照规范保温5个小时以上后，其试件温度场均为恒定数值（45/60℃）。而实际中沥青混合料路面温度场是非恒定的，距路表不同深度其温度是不同的。本课题利用多功能路面材料全寿命分析仪，通过调节环境温度，以及通过紫外灯强度来调节试样表面温度，利用不同的温度差组合来模拟实际路面服役条件，模拟分析非恒定温度场下的沥青路面寿命。

采用的技术方案及措施

表 1.1 实验参数

以上试样模拟时轮碾压力为0.7MPa。

试样采用三层组合式车辙试样真实的模拟路面结构，继配分别为：上面层SBS（I-C），中面层90#，下面层90#。实验流程图如图2.1所示。