基于沥青LSV的在不同压力和温度下的车辙性能评估外文翻译资料

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基于沥青LSV的在不同压力和温度下的车辙性能评估

摘要：

随着新技术的发展，道路材料需要评价沥青混合料性能的方式。车辙是沥青混合料主要的失效形式之一：车辙性能作为典型的表征参数，在实验室中可以通过WTT研究。天气和交通条件（温度，载荷）会对道路车辙性能产生显著影响。沥青的流变性能也是混合料车辙破坏的重要因素之一。流变性能一定程度上可以通过沥青的LSV表征。预估车辙性能为最优化道路设计提供了参考依据。本文利用WTT来研究沥青混合料的车辙性能。样品在不同的温度和不同等级的载荷进行试验，以模拟不同的气候和道路交通情况。我们整理了一个有关温度和载荷的道路性能评价体系，这个体系中粘结剂的LSV被作为一个输入常数。

关键词： 车辙性能预估，LSV，道路温度，道路载荷，沥青水泥

介绍

车辙是沥青路面在胎径上发生的永久形变，道路过度的永久形变会降低行驶车辆的安全和行车舒适度。混合料的级配和材料的性质（含油量，填料种类，油石比，石料粒径分布）会对混合料的车辙性能产生影响。除此之外，会增加车辙破坏的因素还有高温，繁忙的交通，低质量的混合材料。

世界各地都在研究车辙。车辙是一种常见的破坏形式[1,2]不同的研究已经尝试过解释这个,问题，部分研究者致力于研究材料或者技术以最小化车辙破坏[3,4]。

沥青级配对混合料的车辙性能有着决定性的影响。现在沥青路的车辙性能可以用粘结剂的流变性能来表征。研究发现沥青的LSV是评价沥青对混合料车辙性能贡献的一种指标[5,6]。除LSV之外其他粘结剂的性质也可以表征沥青对混合料车辙性能的贡献。例如可以通过多重应力蠕变恢复实验中测得的蠕变柔量就是其中的一种。粘结剂的流变性能是有关施加在道路上载荷的非线性测度[7,8]。

现在有一些新的道路标准，例如机械经验主义道路设计指导的多个性能预测模型将材料性质和路面服役环境考虑在内。这些模型可以评价不同因素对沥青路面性能的影响[9]。对于道路工程师来说，一个模型可以提供有关道路在真实服役条件下的性能的准确信息，进而估计出一条新路的服役寿命或现有道路的剩余寿命。对于材料工程师来说，基于基本机械原则的预测模型提供了材料性质（化学和力学）和模型参数之间的关系。这个关系可以为混合料选择或者设计更加优良的粘结剂[9]。

有关永久形变的理论研究和表征发展出了在实验室再现永久形变的实验步骤。不论什么形式的WTT，都是沥青混料的车辙性能的典型表征。近来，有研究者比较了不同WTT结果，以选择更好的WTT来量化车辙性能[10-12]。再者，实验室中的WTT可以被用来分析不同级配和材料的车辙性能[13]。

沥青路面的服役条件中，温度和载荷取决于地理位置和交通情况。WTT通常在标准的温度和载荷下进行，并不能总能反应场效应。由此看来，模拟沥青混料服役环境实际条件的WTT具有研究价值。从一定程度上来说，可以认为良好的混料，沥青种类，温度，服役载荷，是影响混料最终车辙性能的主要因素。

前人的工作[6,14,15]表明沥青的LSV反映了粘结剂对混合料的车辙性能的贡献。在[14]中，作者研究了多种沥青包括，三种基质沥青，多级沥青，老化沥青和三种高分子改性沥青（两种不同的SBS改性沥青和一种EVA沥青）。作者测量了不同温度下这些沥青的LSV，并把它和不同级配的WTT的结果相关联。

在设计过程中，在特定场环境下预测混料的车辙性能是一种有效的方法。本工作通过一系列温度和载荷模拟不同的环境和交通情况在的WTT。研究了混合料车辙表现，道路服役条件，用LSV表征的沥青性能

实验

材料和混合料

本工作选取了三种级配：小行沥青混料（M-10），石膏沥青（SMA-10），密级配混料（D-20）。使用了两种粗骨料（6-20mm和6-12mm）， 两种粉碎沙（0-6mm和0-3mm），水硬性石灰，填料和纤维素纤维来配制。表1展示了各个级配的主要性质，图1展示了各个级配的级配曲线，表2展示了混料的主要性质。

表1 级配

表2 混合物主要设计参数

图1 级配曲线

表3 沥青性能

这些类型的混合物在阿根廷通常被用来做为兼顾安全和舒适性的高架路表面材料。M-10和SMA-10是具有相似级配曲线的开级配混料，然而后者包含纤维并具有更高的沥青含量使得它的性能较前者有所不同。事实上两种混料都是不同在不同要求下的最佳组成。D-20是根据马歇尔法设计的粗密级配混料。值得一提的是，这三种混料已经经过实验室广泛的验证。

三种现在在阿根廷使用的沥青粘结剂，基质（C），多级（M）和高分子改性（PM），与不同级配的石料分别成型试样，表3中展示了三种沥青的主要性质，包括针入度，软化点，60℃下的布鲁克费尔德粘度，扭转复原实验的结果和根据参考文献[16]的性能分级。表3中也展示了沥青在50到80℃范围内的LSV变化。LSV通过DSR实验测得。根据[17]中的推荐，我们使用了交叉模型来记录得到的粘度数据，并在0.001Hz的频率下计算得到LSV。

这些混料和沥青互相组合，得到9种不同的试样。本文把他记为D-20 C,D-20 M,D-20 PM,M-10 M,M-10 PM,SMA-10 C,SMA-10 M和SMA-10 PM。

测试方法

每个试样都分别在50,60,70和80℃的温度，520N的载荷条件下进行WTT。车辙破坏通常在50和60℃之间出现（常常是高温气候下的泊油路）而70和80℃的实验条件是用来代表极端气候条件的。值得一提的是标准EN 13108-20允许每个欧洲国家按照自身气候条件选择WTT的条件。

为了将不同交通状况纳入变量范畴，出了520N的载荷之外，各种试样在60℃条件下还分别进行了700和900N两种载荷的实验。当认为车轮和试样之间的接触面积为10cm²,则可得到接触面上作用的压力大约为520,700和900kPa。根据道路上的胎痕宽度为15cm简化模型，这些压力分别和8,10.5和13t的单轮轴产生的压力相近。胎痕取决于轮胎的胎压和载荷。Bodin等人说明了轮胎和地面接触环境的重要性[10].机械设计的输入值中需要载荷区域的定义[18]。简化的轮胎胎痕为WTT和道路提供了大约的压力估计。

8T的条件近似阿根廷的最大合法道路，而10.5和13t条件近似于其他国家的最高合法道路，在阿根廷则代表超载。520,700,900N的压力在WTT中分别是特殊道路的标准压力，BS 598 110，CEN 12697-22和NLT 143。

每种组合成型了12个300mmtimes;300mmtimes;50mm的试样。他们根据马歇尔密度，使用轮碾设备成型[19]。试样的密度被控制在不小于设计密度的98%。然后这些样品在各自的实验条件下进行实验。

WTT

WTT装置（见图2）是按照B.S. 598 part110 [20]的标准制造的。 它包括一个在试样上方的用于加载的207mm直径和47mm宽的橡胶轮胎。轮下，样品放置在能够以每分钟21次循环（42次）的简谐运动（向后和向前）的板中。 车轮在试样上行驶了230毫米的距离。 装置使用了加权悬臂来将负载施加到车轮上。 设备放置在保温室中，以保持试样稳定与试验温度下。在此条件下，在120分钟的试验过程中，通过LVDT以1分钟间隔在样品中心测量车辙深度。 每当设备传感器计数42轮通过混合样品的中心时，设备软件读取LVDT数据。

采集的车辙深度数据与式1所示的潜能模型一致。

式中代表永久形变数据；代表时间；和是常数。由于和模型偏差太大，实验舍弃了开始的10个数据。

实验通过车辙速率（Rr）来评估车辙性能; 该参数是表示车辙深度基于深度-时间曲线最后一部分变化的量。 其计算公式如下式2所示。其中D₁₂₀和D₁₀₅分别表示120和105分钟的形变。

根据BS 598-110，60℃520N是标准的温度载荷条件。在本实验中还研究了其他温度条件（50,70和80℃）和载荷（700和900N）。试验通过替换悬梁上的负重来调整载荷大小（如图3所示）。载荷大小通过一系列的压力传感器来确定。

BS 598-110标准的设备和CEN 12697-22标准中规定的小型仪器大致相同。两者的区别在于载荷（520和700N），轮碾时间（120分钟和6.5个小时）和轮碾频率（21和26.5圈/分钟）

结果与讨论。

表4展示了在不同载荷和温度条件下的WTT得出的Rr结果。试样的级配和沥青都是完全相同的。依据先前工作的观察来看，Rr会随着温度升高而升高(更差的车辙性能)。和

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