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2023年7月10-11日，歐美大地儀器設(shè)備中國有限公司繼參展第13屆道路與機(jī)場(chǎng)路面技術(shù)國際會(huì)議（ICPT）后，又與第13屆道路與機(jī)場(chǎng)路面技術(shù)國際會(huì)議（13th ICPT）組委會(huì)在北京工業(yè)大學(xué)聯(lián)合主辦了“基于AMPT的瀝青混合料黏彈性連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)模型及應(yīng)用高級(jí)培訓(xùn)班”。此次培訓(xùn)班我們有幸在北京工業(yè)大學(xué)王超教授的幫助下，邀請(qǐng)了美國北卡羅來納州立大學(xué)的Y. Richard Kim教授在2天的時(shí)間內(nèi)，從理論到應(yīng)用，全面的介紹了基于AMPT的瀝青混合料性能評(píng)價(jià)體系。并邀請(qǐng)長(zhǎng)安大學(xué)吳永暢老師進(jìn)行了專業(yè)的翻譯，讓所有學(xué)員能夠完整、準(zhǔn)確的接收Kim教授傳授的知識(shí)。

此次活動(dòng)是歐美大地自2019年在廣州推廣BMD平衡混合料設(shè)計(jì)與性能評(píng)價(jià)方法活動(dòng)后，時(shí)隔3年疫情，再次舉辦的，面向未來的新一代瀝青路面技術(shù)的學(xué)術(shù)推廣活動(dòng)。此次會(huì)議共有全國各地50名左右學(xué)員參加，在2天的培訓(xùn)中，再一次為中國道路工程研究水平的進(jìn)步撒下了希望的種子。

圖1：培訓(xùn)班會(huì)后合影

在Kim教授的講授中，讓我們體會(huì)最深的是：整套“基于AMPT”的瀝青混合料性能評(píng)價(jià)體系是非常務(wù)實(shí)的，創(chuàng)建這套體系的目標(biāo)就是在工程中能夠應(yīng)用。制件盡可能簡(jiǎn)單，試驗(yàn)時(shí)間盡可能短，所需要的設(shè)備盡可能少、價(jià)格盡可能低，操作盡可能簡(jiǎn)單，并有基于同一個(gè)理論的體系的，從設(shè)計(jì)，到評(píng)價(jià)，以及最終工程驗(yàn)收的指標(biāo)體系。為了達(dá)到這種目標(biāo)，目前已經(jīng)開發(fā)了AMPT瀝青混合料性能試驗(yàn)儀的硬件，F(xiàn)lex^TM軟件套裝（包括FlexMAT^TM指標(biāo)計(jì)算工具，F(xiàn)lexPAVE^TM分析工具和FlexMIX^TM配合比設(shè)計(jì)工具）以及AASHTO試驗(yàn)方法。

圖2：PASSFlex^TM系統(tǒng)流程

在整套體系中，AMPT是其中的核心設(shè)備。目前，我國已引進(jìn)AMPT瀝青混合料試驗(yàn)儀30套左右，但仍停留在研究領(lǐng)域，試驗(yàn)功能多數(shù)只使用了動(dòng)態(tài)模量和流值試驗(yàn)功能。（這是由于早期設(shè)備功能，及試驗(yàn)方法不完善所導(dǎo)致的）如今，在完整的體系框架中，AMPT可以更完整的瀝青混合料的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，完成表1中的工作。

表1：AMPT在性能規(guī)范體系中的應(yīng)用范圍

這其中，有幾點(diǎn)是值得我們關(guān)注的：

循環(huán)直接拉伸疲勞試驗(yàn)（或S-VECD試驗(yàn)，即簡(jiǎn)單黏彈性循環(huán)損傷試驗(yàn)）。

目前，我國在評(píng)價(jià)瀝青混合料的疲勞壽命時(shí)，首選的試驗(yàn)方法是棱柱體小梁四點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)（JTG E20-2011 T0739）。這種基于應(yīng)變的疲勞性能模型^①獲得一條完整的疲勞曲線應(yīng)選擇3個(gè)或以上的試驗(yàn)水平，且疲勞壽命次數(shù)宜覆蓋幾千次到幾百萬次的范圍。由于這種試驗(yàn)方法所需的時(shí)間實(shí)在太長(zhǎng)了，所以在實(shí)際的工程中是幾乎很少實(shí)用的，多數(shù)情況下用于比較不同材料的疲勞性能，證明新材料的耐疲勞性能比原有的更好。（一個(gè)類似的情況是法國標(biāo)準(zhǔn)的瀝青混合料設(shè)計(jì)方法也由于試驗(yàn)時(shí)間太長(zhǎng)而推廣困難）

注釋：

① 基于應(yīng)變的疲勞性能模型：

k₁，k₂和k₃是需要通過試驗(yàn)求解的。

相比之下，基于S-VECD模型的循環(huán)疲勞試驗(yàn)只需要在3個(gè)溫度條件下測(cè)量混合料的動(dòng)態(tài)模量，選用1個(gè)測(cè)試溫度，1個(gè)試驗(yàn)頻率以3種應(yīng)變幅值來進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，整套試驗(yàn)只需6次試驗(yàn)，可以在2天內(nèi)完成，加上2-3天的試驗(yàn)準(zhǔn)備（混合料拌和，成型，鉆芯，切割，粘貼等工作）以及1-2個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)處理和分析，所有工作可以在5天內(nèi)完成，是真正有前途在工程上進(jìn)行應(yīng)用的疲勞壽命試驗(yàn)方法。

表2：傳統(tǒng)疲勞試驗(yàn)方法與循環(huán)直接拉伸疲勞試驗(yàn)的比較

注釋：

② 輪碾壓實(shí)儀需要能夠成型長(zhǎng)邊400mm甚至更長(zhǎng)（切割）的車轍板試件，這意味著一般實(shí)驗(yàn)室中原有的輪碾壓實(shí)儀無法滿足要求。（國內(nèi)傳統(tǒng)輪碾壓實(shí)儀專為成型300mm×300mm車轍板設(shè)計(jì)）

小尺寸試件試驗(yàn)。

以往，我們?cè)陂_展動(dòng)態(tài)模量和直接拉伸疲勞試驗(yàn)研究時(shí)，通常選用的試件尺寸是直徑100mm，高度150mm（130mm^③）的圓柱體試件。但根據(jù)代表性體積單元^④研究的結(jié)果，我們?cè)诩献畲蠊Q粒徑≤19.0mm時(shí)，可以選擇使用小試件來進(jìn)行動(dòng)態(tài)模量和直接拉伸疲勞試驗(yàn)。因此，國內(nèi)各單位可以借鑒，并開展小試件試驗(yàn)的相關(guān)研究。

表3：大小試件的試驗(yàn)效率對(duì)比

注釋：

③ S-VECD試件為進(jìn)一步提高試件在不同高度上平均空隙率的一致性，要比動(dòng)態(tài)模量試件的高度更小。

④ 能夠代表材料性能的試驗(yàn)最小尺寸要求。

我們?cè)u(píng)價(jià)瀝青混合料的抗車轍性能一般都是使用車轍試驗(yàn)。但車轍試驗(yàn)是一種經(jīng)驗(yàn)試驗(yàn)方法，與我們發(fā)展基于力學(xué)模型的試驗(yàn)方法發(fā)展思路相悖；同時(shí)，在某些情況下，這種經(jīng)驗(yàn)性的試驗(yàn)方法可能會(huì)得到與實(shí)際情況相反的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)工作產(chǎn)生錯(cuò)誤的指導(dǎo)。例如：SMA是具有非常好的抗車轍性能的，但在進(jìn)行國標(biāo)車轍試驗(yàn)時(shí)，車轍深度反而會(huì)變大。因此，Kim等人開發(fā)了基于力學(xué)模型（如圖14）的應(yīng)力掃描車轍（SSR）試驗(yàn)方法，通過改變應(yīng)力水平和溫度來模擬不同層位的變形，并累計(jì)得到總的永久變形量。該方法目前已經(jīng)形成了美國的暫行試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)AASHTO TP134。

圖3：應(yīng)力掃描車轍試驗(yàn)原理

試驗(yàn)分別在兩種試驗(yàn)溫度下進(jìn)行，使用加載-松弛的波形進(jìn)行循環(huán)加載。加載時(shí)間為0.4s，變形恢復(fù)時(shí)間在高溫時(shí)選用3.6秒，低溫時(shí)選用1.6秒。圍壓選用69kPa，軸向偏應(yīng)力分別選用483kPa，689kPa和896kPa三種，通過記錄軸向應(yīng)變來進(jìn)行計(jì)算分析。

圖4：應(yīng)力掃描車轍試驗(yàn)的加載形式

AMPT瀝青混合料性能試驗(yàn)儀最早由澳大利亞IPC公司在2002年開始研發(fā)，最初的名稱為SPT簡(jiǎn)單性能試驗(yàn)機(jī)，在開發(fā)完成后，更名為AMPT瀝青混合料性能試驗(yàn)儀并沿用至今。意大利CONTROLS集團(tuán)在2014年收購澳大利亞IPC后，繼承了AMPT的產(chǎn)品線并進(jìn)行了進(jìn)一步發(fā)展，目前形成AMPTPRO（液壓）和AMPTQUBE（電動(dòng)）兩種型號(hào)。（AMPTQUBE旨在通過更低的價(jià)格覆蓋更多的用戶群體）

圖5：AMPT的發(fā)展歷程

目前，全美已有AMPT近200臺(tái)，美國FHWA，F(xiàn)AA，北卡，NCAT，TTI等路面研究的權(quán)威機(jī)構(gòu)，絕大多數(shù)的交通部都是CONTROLS-IPC的AMPT用戶。NCHRP，AASHTO等相關(guān)課題研究，試驗(yàn)規(guī)范，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的編寫，以及軟件的開發(fā)幾乎都是以CONTROLS-IPC的AMPT為基礎(chǔ)的。AMPT的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)為符合FlexMAT^TM計(jì)算程序要求的格式，直接導(dǎo)入進(jìn)行計(jì)算分析。后續(xù)直接與FlexPAVE^TM設(shè)計(jì)軟件和FlexMIX^TM配合比設(shè)計(jì)軟件對(duì)接。因此，可以說：選用CONTROLS-IPC的AMPT，可以保證時(shí)刻與美國的最新研究成果對(duì)接，保持先進(jìn)的研究水平。

目前兩個(gè)版本的AMPT主要技術(shù)規(guī)格如下：

此次AMPT的技術(shù)培訓(xùn)活動(dòng)得到了所有學(xué)員的一致高度認(rèn)可。我們也非常高興能夠幫助國內(nèi)用戶提高專業(yè)水平，充分挖掘設(shè)備潛能，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和地方技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的更新。同時(shí)，與用戶共同舉辦此類技術(shù)推廣活動(dòng)也是我們的興趣所在，希望有機(jī)會(huì)與其他用戶再次開展類似的技術(shù)推廣活動(dòng)。

圖6：AMPT技術(shù)培訓(xùn)班授課中

注明：

1. 本文的圖片素材來自于Y. Richard Kim教授的授課教材，NCHRP研究報(bào)告，AASHTO試驗(yàn)規(guī)范，以及CONTROLS-IPC的產(chǎn)品宣傳材料。

2. 如需了解更多技術(shù)文件的詳細(xì)內(nèi)容，請(qǐng)與歐美大地聯(lián)系。

3. 有關(guān)AMPT的更多資料，視頻，技術(shù)規(guī)格等材料可以在歐美大地官網(wǎng)進(jìn)行下載。