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 device2014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长宽高加载速度接地压力范围横向摆动范围有效测试厚度设备参数2.7m.7m1.2m7200次/小时0-0.7MPa±75mm125mm数量直径最大轮压最大轮载轮胎参数4300mm850KPa2.9KN2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自带大马歇尔试件车辙板试件实际路面结构其他尺寸试件试件参数直径150mm，高度50mm，两端分别切掉22.5mm300mm*300mm*50mm实际参数250cm*90cm*30cm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 ofsimulated pavement structure实现功能表征抗反射裂缝性能[4、15]表征抗冻融能力[10]试验组1组：4cmAC-13上面层+6cmAC-20中面层+8cmOLSM-25下面层+水稳碎石层2组：4cmAC-13上面层+6cmAC-20中面层+8cmAC-25下面层+水稳碎石层1组：1200mm×300mm×60mm的AC-25沥青混凝土面层+1400mm×800mm×130mm的半刚性基层，铺设基布2组：1200mm×300mm×60mm的AC-25沥青混凝土面层+1400mm×800mm×130mm的半刚性基层，未铺设基布6cm面层+9cm上基层+9cm下基层+5cm土基，1组无冻融条件，2组冻融条件试验方法位于基层宽5mm处设置接缝，并在接缝处对应上、下面层底部分别埋设光纤光栅应变传感器；试验温度控制在14~16℃，并采用温度传感器测定实时温度；记录在0次、10万次、20万次、30万次、40万次、50万次、60万次、70万次以及80万次下的应变值。

在基层预锯5mm裂缝，进行MMLS3加速加载试验，加载频率为7200次/h，荷载为2.7MPa，一直记录0到60万次应变传感器布设分别埋设于下基层中部、上基层中部与面层底部且上下基层分为4.5cm进行铺设进行MMLS3加速加载试验试验结论开级配大粒径沥青碎石（OLSM）具有良好的抗反射裂缝性能铺设防裂基布延缓了反射裂缝的发展，降低了结构层微应变，对沥青路面的疲劳开裂寿命有所提高。

第2组应力峰值小于第1组，而且降低速率较快，说明随着加载不断进行，冻融试件出现损伤更快且更大。

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实现功能不同级配下高温抗变形能力比较[6]层间黏合力对于沥青混合料高温抗变形能力的影响[16]不同温拌剂沥青混合料高温抗变形能力的比较[17]微表处最佳乳化沥青用量验证[5、18]不同粒径填缝料的高温抗变形能力比较[19]不同路面结构高温抗变形能力比较[20]试验组SMA-13和OGFC-13沥青混合料种加入两种AC-13级配，采用Aspha-MS-3型中值级配MS-3型中值级配SMA-13和AC-13石墨烯、不同聚酯布（A 组、B 组）min，Sasobit，EvothermDAT3种温拌剂，即HMA和3种WMA共四组试验组试件，在中间加入伸缩缝材料（粗料和细料）高模量、SBS路面结构试验方法采用加速加载试验研究两种级配分别在5℃、25℃、50℃下的变形情况成型试件进行加速加载试验，记录车辙深度成型试件进行加速加载试验，记录车辙深度，根据结果计算永久变形量，预估车辙深度做6.5%、7.0%、7.5%、8.0%、8.5%油石比下的小型加速加载试验进行验证最佳乳化沥青用量做6.0%、7.5%、7.7%、8%油石比下的小型加速加载试验进行验证施工性能成型完24h后，测定试件的表面高度，对试件加热到60℃，保温至少5h后进行试验车型试件进行小型加速加载试验，记录车辙深度，计算车辙变化率试验SMA-13骨架孔加入聚酯布的WMA抗车辙能7%油石比的车8%油石比填缝细料高模量结论隙结构优于OGFC-13，具有更好的抗车辙能力。