汉堡轮辙试验针对慢速重载交通的修正方法

《Transportation Research Record》：Modification of Hamburg Wheel-Tracking Test for Slow-Moving Heavy Traffic

　　

汉堡轮辙试验（Hamburg wheel-tracking test，HWTT）被广泛用于评价沥青混合料的车辙抗力与水分敏感性。尽管该试验在标准交通条件下有效，但在交叉口或边境检查站等慢速重载交通下预测车辙潜能时存在局限，导致早期车辙问题与养护成本增加。研究人员基于路面车辙发展模拟、时温等效原理（time–temperature superposition principle）及室内与现场评价，提出在70 °C下进行修正HWTT，以更好反映交叉口典型慢速重载交通条件。采用20种不同集料类型、结合料等级与来源的沥青混合料开展的室内评价表明，修正HWTT对混合料车辙潜能的判别能力更强。对严重车辙交叉口取芯样的初步现场验证显示，70 °C修正HWTT能有效识别易车辙混合料，而50 °C标准HWTT不能。修正HWTT为设计面向交叉口及其他慢速重载交通位置的抗车辙沥青混合料提供了实用工具。本研究虽建立了应对慢速重载交通车辙问题的初步框架，但仍需在更广材料、结合料类型与气候条件下开展进一步现场验证。

研究背景方面，汉堡轮辙试验（HWTT）自20世纪70年代起源于德国汉堡，后由美国多个州交通运输部（DOTs）采纳，得克萨斯州交通运输部（TxDOT）自2000年代初依Tex-242-F在50 °C水浴中执行该试验，对自由流常规车速交通的沥青混合料性能控制良好。然而在交叉口、边境检查站等慢速重载交通区域，即便通过标准HWTT要求的石玛蹄脂沥青（SMA）或PG76-22混合料，仍出现一个至两个夏季后即严重车辙的现象，引发雨天安全隐患与高昂养护成本。研究人员指出，交叉口车辙主导机制为上面层剪切流动而非结构层失效，慢速交通延长荷载作用时间，使沥青混合料作为黏弹性材料刚度、剪切强度与永久变形抗力显著下降，标准HWTT因温度偏低无法复现该损伤积累，故需修正。

论文发表于《Transportation Research Record》，研究人员通过路面力学经验设计模拟、室内动态模量（E*）、理想车辙试验（IDEAL-RT）、重复荷载永久变形（RLPD）试验及现场取芯验证，提出仅将HWTT水浴温度由50 °C升至70 °C、其余参数不变的修正方案，并论证其依据与效用。

主要关键技术方法概括如下：研究人员利用得克萨斯柔性路面力学经验设计系统（TxME）模拟11种车速（0.16–112 km/h）下20年路面车辙深度，划分绿区（>48 km/h）、黄区（8–48 km/h）、红区（<8 km/h）；采用AMPT设备执行E*试验（50 °C，0.04–10 s加载时间）、IDEAL-RT（50 °C，2.5–50 mm/min）与RLPD（40 °C，0.1–0.5 s脉冲）量化加载时间对模量、剪切强度指数（RT_Index）与累积永久应变（ε_p）的影响；基于时温等效原理与Williams–Landel–Ferry移位模型，取交叉口代表车速1.6 km/h（荷载时间0.95 s）与高速代表车速72 km/h（0.02 s），对4种典型混合料（SMA-C、SMA-D、SP-C、SP-D，均用PG76-22）计算等效温度，得平均温升19.9 °C，故推荐70 °C；室内用20种混合料（3类表层混合料×多结合料等级PG76-22/PG82-22/PG88-22/HPG×不同油石比与来源）对比50 °C与70 °C HWTT；现场取自中得州与南得州两处严重车辙交叉口SMA层钻芯做平行HWTT验证。

研究结果各小节结论如下：

交叉口深车辙主因小节中，TxME模拟显示车速低于8 km/h时20年末期车辙超12.5 mm且近指数增长；E试验表明加载时间由0.1 s增至10 s时Mixture O的E降至约15%，IDEAL-RT中加载速率由50 mm/min降至2.5 mm/min时RT_Index下降约52%–55%，RLPD中脉冲0.5 s相比0.1 s使ε_p增幅67%–100%；研究人员据此确认慢速重载延长荷载时间是交叉口车辙主因。

HWTT修正小节中，候选修正项（降轮速、增遍数、增荷载、严判据、升温）里仅升温不引入水损害混淆且易实施；时温等效图示证明升温与延时等价；由TxME算得1.6 km/h对应0.95 s、72 km/h对应0.02 s；取4种PG76-22混合料E主曲线参数与WLF模型算移位因子，表3显示43.3 °C下0.95 s的E等价于62.4 °C下0.02 s，温差平均19.9 °C；故50 °C+19.9 °C≈69.9 °C，取整70 °C，机器规范允许，表5给出仅改温度的修正协议。

室内评价小节中，3种PG76-22混合料在50 °C HWTT 20000遍后车辙3.8–6.0 mm（均小于12.5 mm判据），但70 °C下SMA-C约2000遍即达12.5 mm；20种混合料结果显示：火成岩集料SP-C优于石灰岩SP-C，硬结合料排序PG76-22< />< />< />

现场验证小节中，中得州交叉口SMA芯样50 °C HWTT 20000遍车辙4.4 mm（判过），70 °C下8200遍达12.5 mm；南得州交叉口芯样50 °C下20000遍8.8 mm，70 °C下仅250遍即达12.5 mm；标准HWTT漏判现场易辙混合料，修正版成功识别。

讨论与结论翻译部分：研究人员得出结论，慢速交通（停车标志/信号灯致荷载时间延长）是交叉口严重车辙主因；推荐70 °C HWTT基于交叉口与高速荷载时间差、典型面层混合料黏弹参数及时温等效原理得出；室内证明修正法对集料类型、结合料刚度、油石比、结合料源判别更一致清晰；两处现场钻芯验证70 °C修正HWTT能准确识别慢速重载易辙混合料而50 °C标准不能；该19.9 °C温升源自得州50 °C基准，非普适常数，其他气候/结合料等级/交通模式地区应依本地黏弹参数重算，且70 °C水浴可能存在水分损伤混淆，后续需纳入干态试验以建站点级温度优化框架。该研究为交叉口抗车辙混合料设计提供可快速落地的实验室工具。