小型加速加载系统在公路沥青路面中的测试功能综述

小型加速加载系统在公路沥青路面中的测试功能综述

梁旭之[1],,林浩2,,郑世伦1,刘斌1,,何佳2,,李菁若3,,王云进1,董延琦1

（1.贵州省遵义市公路管理局, 贵州 遵义 563000；2.重庆交通大学  材料科学与工程学院, 重庆 400074；3.招商局重庆交通科研设计院有限公司, 重庆 400067)

摘 要：目前PaveMLS11（小型加速加载实验系统）在国内公路沥青路面中有所应用，但在进行不同试验时于试件尺寸、实验参数、数据处理以及分析等方面没有较为统一的参考。为了解决以上问题，收集整理了国内PaveMLS11（小型加速加载试验系统）在沥青路面中的应用，主要包含路面结构力学响应、高温抗变形能力、沥青路面抗滑模拟三方面。主要简述了采用PaveMLS11进行三方面试验时具体分别实现的功能，以及括试件尺寸、试验参数、数据处理方法与数据分析。最后选取总结了最适合三方面试验进行的试件尺寸、试验参数、数据处理方法与数据分析。为利用PaveMLS11进行三方面试验提供有效参考。

关键字：PaveMLS11、加速加载试验、沥青路面力学响应、高温抗变形、路面抗滑

2021年末全国公路总里程528.07万公里；公路密度55.01公里/百平方公里；公路养护里程达525.16万公里，占公路总里程比重为99.4%[1]。因此中国公路进入养护时期，其中沥青公路使用广泛，具有重大占比。因此，沥青路面的各项性能应当保持高水平研究与发展。

加速加载系列试验设备既能在室内又能在野外模拟沥青路面承受荷载能力，其中小型加速加载设备PaveMLS11的尺寸小，克服了足尺设备耗时、成本高、环境控制困难等缺点，同时该设备又能测试沥青路面多项性能，如：沥青路面力学响应、高温抗变形能力、长期抗滑能力。在测试沥青路面各项性能时难免会出现误差，在使用小型加速加载设备PaveMLS11进行时沥青路面力学响应、高温抗变形能力、长期抗滑能力试验时没有较为统一的指导，所以掌握加速加载系列试验的要点及步骤较为重要。基于以上背景，文章整理了国内学者目前使用PaveMLS11研究沥青路面在力学响应、高温抗变形能力、长期抗滑能力性能时的参数设置、试验步骤、数据记录与分析方法，用于选取总结最适合此三方面试验的参数设置、试验步骤、数据记录与分析方法，以便为学者们开展PaveMLS11的各项试验提供参考。

1 PaveMLS11加速加载试验系统

图1 PaveMLS11 加速加载设备

Fig.1 pavemls11 accelerated loading device

2014年，英国PaveTesting公司全资收购（包括技术）南非MLS公司，原南非研制的MMLS3 1/3比例尺寸加速加载试验设备由PaveTesting进行了改进和更新设计，鉴于其有效测试长度接近1.1m，故将其型号更改为PaveMLS11。PaveMLS11（图1）按1/3比例模拟真实车辆交通在不同荷载和不同环境条件下对路面或试件施加的循环荷载，从而建立路面长期受荷作用下使用性能指标的变化规律，对长期路用性能的研究提供数据。

表1 PaveMLS11各项参数

Table 1 Parameters of PaveMLS11

2试件尺寸要求

PaveMLS11试件分为室内制作、路面钻芯取样、真实路面结构三大类，常见试件尺寸有四种：

表2 试件尺寸

Table 2 Specimen Size

其中用于实际路面结构时[2]由试件参数由实际情况决定，其他尺寸试件由PaveMLS11配有专用的试件成型机成型，且长宽高可以另想其他的办法来任意控制。以上四种尺寸类型皆可用来进行沥青路面车辙、抗滑等各类试验，但用于力学响应试验时建议使用后两种试件类型。

3试验参数设置

对于模拟路面结构力学响应、表征高温抗变形能力、模拟沥青路面抗滑性能衰变规律试验，设置胎压一般统一为0.7MPa，荷载一般为2.7MPa。

3.1模拟路面结构力学响应试验参数设置

PaveMLS11对面层底部应力影响范围：纵向应变的影响范围为横向约±25cm、纵向约±50cm，横向应变的影响范围为横向约±25cm、纵向约±30cm[3]。因此，在进行力学响应试验时建议结构模型的纵向尺寸不少于120cm，横向尺寸不少于50cm。

1）加载速度与温度：根据具体实验设置；

2）应变采集频率：2000Hz[4]；

3）温度采集频率：1次/1min

[4]。

3.2表征高温抗变形能力试验参数设置

1）加载速度：6000次/h；

2）加载温度：60℃。

3）所需记录数据：车辙深度、横断面车辙深度、隆起高度[5]、车辙宽度[6]；

4）数据记录周期：每5万次记录一次，其中前5万次由于压实的原因可适量增加测试频率，如在5000次、1万次、2万次、5万次时各测试一次；

5）总加载次数：一般不超过50万次；

6）测试步长：选择横断面测试位置1cm[7]为测试步长。

3.3模拟沥青路面抗滑性能衰变规律试验参数设置

1）加载速度：7200次/h；

2）温度与湿度：根据试验需要所定；

3）所需记录数据：构造深度、摆值、宏观纹理；

4)数据记录周期：由于试验前期构造深度、摆值衰减较快，所以前期记录数据的周期应当较小[8]；如：前10万次每1万次检测一次，10~30万次时每5万次检测一次，30~80万次时每10万次检测一次；80万次之后，由于数据衰减幅度会逐渐减小，趋于平缓，故应适当调大周期，如100万次以后每20万次检测一次，200万次之后每50万次检测一次。

5)总加载次数：多数学者选择加载至少150万次[8]，也有部分学者加载超过200万次[9]，进行该实验时，建议至少加载150万次。

图2为加载30万次后试件表面效果图，此时沥青膜尚未被磨掉。杨跃琴[9]将试件加载了236万次，试件表面出现明显的磨光磨耗效果（图3）。

图2 试件30万次加载图

Fig.2 loading diagram of test piece for 300000 times

图3 试件236万次加载图[9]

Fig. 3 loading diagram of test piece 2.36 million times [9]

4数据处理方法

各个实验一般将试验所测数据与加载次数绘制成线性二维图或者对指数拟合曲线，根据加载次数的增加观察总结变化规律。

4.1模拟路面结构力学响应试验数据处理方法

将记录的累计应变峰值数据或瞬时应变峰值[3]以及温度[10]数据和加载次数绘制成二维图，根据加载次数增加时应变变化情况、温度变化情况来总结规律。

4.2表征高温抗变形能力试验数据处理方法

经过PaveMLS11加速加载试验所得车辙深度一般用四张图来呈现：

1）将加载次数与车辙深度进行曲线拟合，可得出车辙深度随着加载试验进行的变化程度。

2）将每个测试周期所得横断面车辙深度绘制成图，横坐标为横断面位置，纵坐标为车辙深度，可得出试件车辙变形位置及形状。

3）计算出每万次车辙深度变化，即车辙变化率，绘制成图表进行对比[11]。

4）将隆起高度与加载次数绘制成图，形成隆起高度随加载次数增加时的变化规律[5]。

4.3模拟沥青路面抗滑性能衰变规律试验数据处理方法

1）对于PaveMLS11加速加载试验所测BPN、TD值最简单的处理方法为将其与对应加载次数绘制成二维图，可通过直观观察数据的变化进行分析[12]。

2）对于数据的进一步处理，一些学者选择使用SPSS软件对摆值、构造深度分别与加载次数进行对数和指数回归分析，然后将观测值和回归分析绘制成图进行数据分析。

3）根据数据还可以进行抗滑性使用寿命预估。李秋平[13]通过轮迹横向分布系数建立MMLS3加速加载试验累计加载次数与路面累计轴承作用次数之间的关系，再根据《公路沥青路面设计规范》[14]（JTG D50-2017）分析预测了表层混合料的抗滑使用寿命。

5试验实现功能

5.1模拟路面结构力学响应试验实现功能

模拟路面结构路面力学响应方面实现了表征抗反射裂缝和抗冻融能力的功能，具体实验如表3。

表3 模拟路面结构力学响应试验实现功能

Table 3 Realized functions of mechanical response test of simulated pavement structure

5.2表征高温抗变形能力试验实现功能

表征高温抗变形能力实现的功能如表4。

表4 表征高温抗变形能力试验实现功能

Table 4 Functions of Characterizing High Temperature Deformation Resistance Test

5.3模拟沥青路面抗滑性能衰变规律试验实现功能

模拟沥青路面抗滑性能衰变规律实现了不同集料种类的抗滑性能比较和不同级配下抗滑性能比较，如表5。

表5 模拟沥青路面抗滑性能衰变规律试验实现功能

Table 5 Functions of simulated asphalt pavement skid resistance decay test

6.结语与展望

   文章总结了PaveMLS11（小型加速加载试验设备）在路面结构力学响应适宜的试件尺寸、应变采集频率、温度采集频率、数据处理方法以及目前通过此试验实现的表征抗反射裂缝性能和表征抗冻融能力；在高温抗变形能力的试件尺寸、加载速度、加载温度、所需记录数据、记录数据的周期、总加载次数、测试步长、数据处理方法以及目前通过此试验实现的不同级配下高温抗变形能力比较、不同温拌剂沥青混合料高温抗变形能力的比较、微表处最佳乳化沥青用量验证等；在沥青路面抗滑模拟适宜的试件尺寸、加载速度、所需记录数据、记录数据的周期、总加载次数、数据处理方法以及通过此试验实现的不同集料种类的抗滑性能比较、不同级配下抗滑性能比较。

另外，在力学响应方面，目前的研究仅得知应力大致影响范围，对于应力片的具体埋设位置还未有科学的埋设方法，对此研究方向有所展望。

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作者简介：梁旭之（1975-），男，贵州省遵义市人，本科，高工，主要从事公路工程施工和管理及养护工程管理工作。

基金项目：贵州省交通运输厅科技项目（2021-122-002）