中国民航大学机场学院 天津 300300
摘要：随着近年来国内外民航机场跑道普遍采用柔性道面和国内外民航事业迅速发展的趋势，沥青混凝土道面的的轮辙病害逐渐成为机场跑道病害的主要类型之一。通过了解国内外研究轮辙的方法，分析了轮辙影响因素并制定了试验方案。控制不同的层间接触状态、不同的加铺层数以及不同的试验温度，分析这三个变量对试验的影响，得出轮辙变形规律，为加铺道面设计和维护提供依据。
关键词：层间接触状态；加铺次数；试验温度；轮辙变形规律；
国内民航事业迅速发展，新建民航机场通常使用水泥混凝土刚性基层，并在刚性基层之上加铺沥青混凝土形成复合道面，有些机场在对跑道改造时也会在原有道面上加铺沥青混凝土或使用铣刨机铣刨去除一部分沥青混凝土面层再进行加铺新的沥青混凝土面层使之形成复合道面。随着多次加铺沥青复合道面的广泛使用和航班数量的快速增长，机场道面的轮辙病害逐渐成为现阶段民航机场道面病害的主要形式。
1国内外研究概况
1.1理论研究
在国际范围内，Barkdale和Roman通过对不同环境、荷载的轮辙进行分析提出了使用层应变法来预估柔性基层沥青道面的纵向轮辙深度[1]。，Rnis以弹性理论为基础建立了应变与应力关系。Hilmar通过结合蠕变试验和轮辙试验对沥青混合料的永久变形规律进行研究[2]。2004年美国相关研究机构发布了新机场多次加铺沥青复合道面的设计程序LEDFAA1.3[3]。
而我国在国际上最有代表性的是北京建工学院徐世法教授和同济大学朱照宏教授合作提出的基于线性粘弹性理论，采用“四单元，五参数”轮辙预估模型[4]。这一模型考虑了动载作用依靠时间依赖特性去定义应力应变状态，符合沥青混凝土粘弹性特征，充分考虑了沥青混凝土的侧向应变[5]。
1.2试验研究
而当前对于沥青道面轮辙试验的研究主要集中在对沥青混合料永久变形的研究上面，主要的评价方法有：蠕变、轮辙试验、简单直剪试验以及沥青路面的高温稳定性试验。
1.3轮辙深度计算
沥青路面的轮辙是道路各个结构层和土基永久变形的总和[6]。
1.4轮辙深度预估模型
沥青混合料永久变形的预估方法可以分为统计法，理论统计法和理论法三种方法。
2主要研究内容及研究思路
2.1主要研究内容
在不同层间接触、加铺层数和环境温度的条件下，研究机场道面轮辙发展规律
2.2研究思路
试验目的在于探究不同的情况下沥青混凝土面层的不同动力反应特性。在不同控制变量下时车轮碾压次数与轮辙深度之间的相关关系。影响轮辙发展的因素中分别有：集料性质，粒径级配，沥青性质，油石比，压实度，交通量和环境因素以及所处的位置。本文的研究内容就是在一层，两层和三层的不同加铺次数和层间接触分别为玻纤格、栅土工布以及在不同的环境温度下多次加铺机场复合跑道的轮辙发展规律。
3试验方案及过程
3.1试验方案
为了研究不同环境温度，加铺次数和层间处理条件时的轮辙发展规律，需要对试验变量进行控制。根据不同试验工况，温度变量变化范围为：30℃，40℃，50℃，60℃，层间接触类型：玻纤格栅，土工布和不做处理，加铺层数变量：一次加铺，两次加铺，三次加铺。对三个变量排列组合可以得到相应的工况设计，以温度对试验工况进行分组。
3.2试验过程
1）沥青混合料最佳油石比
在规定范围内进行马歇尔击实试验确定沥青混合料的最佳油石比，通过对比试验数据以及油石比与马歇尔击实试件的相对质量的关系可以发现在油石比在4.6%左右时分别呈现出上升后下降的趋势且在当油石比为4.6%时马歇尔试件的相对质量达到最大值。
.png)
图1 马歇尔击实试验图
1）制作水泥混凝土底板
制作水泥混凝土底板时需要先制作模板，按照水泥混凝土板的尺寸制作模板，木板底面板的尺寸为300×300mm。模板高度应当根据试验的加铺次数来确定，一次加铺需要的模板尺寸为300×300×60mm，两次加铺的模板高度为300×300×90mm，三次加铺模板尺寸为300×300×120mm。根据试验需求每种模板需要个数为12个。
3）加铺沥青混合料
先将试验用标号为90号的沥青置于设定温度170℃的沥青加热烘箱中加热约3h，使沥青可以充分融化为液态。再将集料倒入已经加热后的沥青混凝土搅拌机，搅拌均匀，最后称量出所需混合料放置于按照工况设计要求的层间处理方法处理过的试模之中，并使用轮碾成型仪压实填料。
碾压成型后，继续加铺并按要求设置层间加铺物质，养护24h后进行轮辙试验。
4）进行轮辙试验
将试验碾压完成的试件放置于试验舱内静置5h，使试件内外部温度均达到试验所要求的温度。调试完仪器后，启动试验轮碾压进程记录试验数据，为准确试验数据，需要每碾压100次记录一次轮辙深度，试验轮的碾压速度为42次/min，数据记录间隔约为2min，对沥青混合料进行超碾压。在本试验中选择观测一次试件碾压10000次时的轮辙发展规律，即一次碾压时长为238min。记录碾压过程中的轮辙深度，并处理试验数据。
4结论与建议
1）验证了沥青混合料轮辙试验中轮辙发展的三阶段性质：压密阶段，稳定变形阶段，以及破坏阶段。
2）压密阶段轮辙深度发展迅速，沥青混合料的轮辙变形可以达到90%以上。
3）沥青混合料对温度较为敏感，温度变化会导致轮辙反应特性的变化。温度升高，沥青混合料轮辙第一发展阶段时间延长，并对破坏变形阶段产生影响。
4）轮辙深度的发展趋势随沥青混凝土的层间接触类型而改变。当层间接触类型为沥青油时，压密阶段持续时间较短，且在稳定变形阶段混合料的轮辙深度仍然会有一定的上升空间。当设置层间接触为玻纤格栅时这种效果更加明显。
5）试件加铺层数对轮辙发展特性有影响，每一次加铺会使沥青面层的轮辙深度增加20%左右。当加铺层为一层时沥青混合料的压密阶段持续时间会很短。对于两次加铺结构而言，压密阶段持续时间显著增加，并且会使压密阶段的压实度更高。
（6）在工程中需要根据机场气候调查资料，确定沥青材料，同时合理设置加铺层数，以两层较为合理。当设计层间接触类型时需要合理考虑机场跑道等级，工程中通常是在沥青混凝土面层和水泥混凝土基层之间设置层间接触。层间接触类型不同时，轮辙抵抗力也不同。
文章由中国民航大学大学生创新创业训练项目资助（编号：201910059105）。
参考文献：
[1]MH/T 5010—2017，机场复合道面设计规范[M].北京：中国民航出版社，2017.
[2]杨现茂.国产重交通道路沥青的轮辙试验研究[D]：（硕士学位论文）.西安：长安大学，2003.
[3]赵方冉.土木工程材料[M].上海：同济大学出版社，2004.
[4]赵敏，闫雨等.沥青混合料高温特性及其影响因素[J]：哈尔滨：科技创新与应用，2015，7：140.
[5]高二利.沥青混合料的单轴贯入度模量与动态蠕变模量的关系[D]（硕士学位论文）.重庆：重庆交通大学，2012.
[6]武建民.半刚性基层沥青路面路面使用性能衰变规律研究[D]：（博士学位论文）.西安：长安大学，2005.