沥青路面车辙研究.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,沥青路面车辙研究,长安大学 公路学院,（教授 博士生导师）,王选仓,wxc2005,2010.12,主要内容,沥青路面车辙检测技术,2,沥青路面车辙形成机理,3,沥青路面车辙影响因素,4,沥青路面车辙综合防治措施,5,1,沥青路面车辙现象及分类,1.,沥青路面车辙现象及分类,1.1,车辙定义及,现象,1.2,车辙损坏情况调查,1.3,沥青路面车辙危害,1.4,车辙分类,在高温和渠化交通的作用下，沥青路面结构层出现的永久变形。这种变形主要发生在高温季节。半刚性基层沥青路面在重载交通条件下，车辙主要发生在沥青面层。,1.1,车辙定义及现象,上世纪,70,年代美国的调查表明：在州际和主要公路上车辙所致的路面损害约占,30%,；,80,年代日本的调查表明：由于车辙所引起的路面损害高达,80%,。,国内随着高速公路的建设，不同省份的沥青路面都出现了车辙。,车辙产生的背景和现象,1998,年通车的沈阳,山海关高速公路,2,年后就出现了较严重车辙；,1999,年,10,月通车的北京,秦皇岛高速公路，,2000,年,7,月份就出现了断断续续的车辙；,2000,年通车的机荷高速公路，在,2003,年,7,月出现了严重车辙，车辙最大深度达,8cm,，远超过设计要求的,1.5cm,；,2003,年通车的郑少高速公路，在通车不到半年就相继出现了车辙，在上坡路段最大车辙深度达,10cm,。,1.2,路面结构车辙损坏情况调查,1.3,沥青路面车辙的危害,(1),路面整体变形严重，,平整度下降,；,(2),雨天路表排水不畅，造成,辙槽积水,，影响高速行车的安全；,(3),路面结构层减薄，,削弱,面层及路面结构的整体,强度,，诱发其他病害；,(4),车辆在超车或更换车道时方向失控，影响车辆行驶的,安全性,。,路面平整度下降,辙槽积水,路面结构层减薄,车辆操作失控,在车轮荷载作用下，沥青层内部材料,横向,流动，产生,侧向位移,失稳型,路面结构,在交通荷载作用下产生整体,永久变形,结构型,上面层在,车轮磨耗,和自然环境因素作用下持续不断的损失而形成,磨耗型,1.4,车辙分类,当路面结构稳定，车辆行驶时，轮胎磨耗路表而产生此类车辙，,车辙深度一般在,5mm,以内,。,1.4.1,磨耗型车辙,荷载作用超过路面层的强度，车辙主要发生在包括面层、基层及路基在内的各结构层的永久变形。,1.4.2,结构型车辙,结构型车辙的产生主要与路面的整体结构变形有关：,（,1,）,路基施工过程中压实度,不足，道路运营期内产生进一步压实；,（,2,）,粒料类基层,嵌挤效果差；,（,3,）,面层,施工时低温碾压，造成,压实度,不足,。,对于半刚性基层主要是由于沥青混合料结构失稳而致；含有柔性基层的沥青路面也与基层和土基的不稳定有关。因此，失稳型车辙又可分为,面层失稳型、基层失稳型和路基失稳型。（车辙槽宽）,1.4.3,失稳型车辙,（,1,）面层失稳型,路面在高温重载条件下沥青以及沥青与矿粉形成的胶浆流动，促使混合料发生,侧向流动,，路面受载处被压缩，厚度变薄。,（,2,）,基层失稳型,基层承载力不够或水稳性差，导致基层,材料流动变形,，路面下陷。这类车辙的主要特征是车辙内常伴有唧浆现象。,（,3,）,路基失稳型,路基压实度不足或填料选择不当，导成,不均匀沉降,。这类车辙的主要特征是车辙内有纵向裂缝。,2,沥青路面车辙检测评价,2.1,沥青路面车辙评价指标,2.2,国外车辙性能试验方法,2.3,沥青路面车辙现场检验方法,2.1,沥青路面车辙评价指标,2.1.1,动稳定度指标（,DS,）,2.1.2,变形量指标,(RD),2.1.3,相对变形率指标,(),2.1.4,车辙率指标,动稳定度指标采用,45 min,的变形和,60min,的变形来计算，此时车辙发展曲线已基本进入稳定发展的直线阶段，清楚地反映了沥青混合料高温条件下流动变形的发展趋势。,2.1.1,动稳定度（,DS,）指标,计算公式如下：,式中：,DS,沥青混合料动稳定度（次,/min,）,t,荷载作用时间，一般为试验开始,45min,60min,之间的,15min,；,d,试件在荷载作用时间内产生的变形（,mm,）；,C1,试验机类型修正系数；,C2,试件系数；,N,试验轮往返碾压速度，一般为,42,次,/min,。,不足之处：,计算动稳定度利用车辙试验最后,15min,内的,微小形变,，一些改性沥青混合料动稳定度很高，有的接近,10000,次,/mm,，,15min,内产生,0.06 mm,左右的车辙，这样微小的变形，对位移测量仪器的精度要求很高，试验结果受传感器精度的影响较大；,没有考虑,初始变形,，有时用动稳定度指标与,60min,时的车辙变形量指标比较不同沥青混合料的高温性能时，会得出相反的结论，而初始变形本身就是一种车辙形式，且在车辙试验的总变形量中占有较大比例，不将车辙试验中的初始变形考虑在内是不全面的。,在规定的试验时间内,(,一般为,60min),产生的变形总量，单位为,mm,。,特点：直观简单，考虑了试验时间内的所有累积变形，但没有反应出车辙发展趋势。,不足之处：,60min,车辙试验的时间较短，荷载作用次数较少，此时的变形量并不能为沥青混合料的高温稳定性给出正确评价，预测车辙发展趋势才是最重要的。,2.1.2,变形量指标,(RD),相对变形率指标是指在规定作用次数、时间内所产生的,变形与试件总厚度,的比值，其试验次数根据实际交通荷载和沥青混合料使用要求不同而不同。,适用于加速加载、大型环道、汉堡车辙等试验的评价指标。,2.1.3,相对变形率指标,(),不足之处：,用于评价室内,1 h,的车辙试验并不合适，车辙试验的目的是用较简单的试验方法和较短的试验时间，观察沥青混合料高温条件下车辙的,发展趋势,，相对变形率指标无法反映出这一趋势。,美国,SHRP,计划中提出了车辙率指标，沥青混合料的高温性能，这种评价指标在变形率指标的基础上，增加了荷载轮与试块间的接触应力参数，考虑了压力的影响。,不足之处：,它将沥青混合料的高温抗车辙性能与压力的关系看成,线性关系,，大量的室内试验和工程实践都已经证明，这与实际情况是不符的。,2.1.4,车辙率指标,2.2,国外车辙性能试验方法,2.2.1,沥青路面分析仪,(APA),2.2.2,汉堡试验机,2.2.3,法国车辙试验机,(LCPC,试验机,),试验的加载方式为将,445 N,的荷载作用在气压为,690kPa,的压力胶管上，压力胶管压在试件表面。施加在压力胶管上的铝制轮轴，试验时在胶管上前后循环作用,8000,次。,APA,试验加载循环次数与车辙深度关系,APA,车辙深度与,WesTrack,试验路车辙深度关系,2.2.1,沥青路面分析仪,(APA),APA,试验仪器图,西部环道研究项目测试了一些西部环道试验路沥青混合料的性能。对比路面实际发生的车辙深度和相应的,APA,试验预测的沥青混合料车辙试验结果，试验结果的相关性令人满意。,综合来看,APA,试验方法很有希望在近期被采纳为评价沥青混合料抗车辙性能的标准试验方法。,2.2.1,沥青路面分析仪,(APA),汉堡试验机由德国汉堡的,Helmut-Wind,公司开发研制。在德国，汉堡试验机被用于评价交通量很大的沥青路面抵抗车辙和剥落的能力。,试验时试件浸没在,25,70,的恒温水浴中，其中,50,是比较常用的试验温度。通过对一个可以在试件表面前后运动的宽度为,47mm,的钢轮施加大小为,705N,的垂向作用力作为荷载。当试件加载达到,20000,个加载循环,或试件表面的,车辙深度达到,20mm,时结束试验。试验过程中钢轮的运行速度为,340m/s,。,2.2.2,汉堡试验机,汉堡车辙试验图,汉堡车辙试验曲线,WesTrack,试验路与汉堡试验车辙深度关系,西部环道研究项目在西部环道试验路上对粗级配沥青混合料的抗车辙性能进行了研究。沥青混合料的实际路面车辙深度和实验室汉堡试验车辙深度，两者的相关系数为,0.756,相关性很好。汉堡试验也很有希望被采纳作为评价沥青混合料抗车辙性能的标准试验方法。,FRT,试验的加载通过对一个可以在试件表面来回运动的宽,90mm,、气压为,600kPa,的轮胎施加大小为,5000N,的垂向荷载来实现。,试验过程中轮胎每秒钟在试件中心位置来回碾压两次。,FRT,试验的车辙深度定义为试件变形量占试件起始厚度的百分比。,在法国,可以接受的沥青混合料的车辙深度通常是经过,FRT,试验机,30000,个加载循环碾压之后车辙深度小于或等于试件原始厚度,10%,的沥青混合料。,2.2.3,法国车辙试验机,(LCPC,试验机,),法国,LCPC,轮辙仪,有多种试验方法用于预测沥青路面出现车辙的可能,现有的试验方法中,APA,、,HWTD,以及,FRT,共,3,种轮碾试验方法最有可能被广泛采用作为评价沥青混合料抗车辙性能的标准试验方法。,选择这,3,种试验方法主要是基于以下几点考虑：,(1),设备的可操作性；,(2),试验成本；,(3),试验周期；,(4)QC/QA,标准的适用性；,(5),历史经验数据以及试验评价标准的可靠性。,但是在使用这些试验方法之前还需要先确定一些适合当地沥青路面材料特性的经验控制标准。,2.3,沥青路面车辙现场检验方法,2.3.1,超声波检测技术,2.3.2,激光检测技术,2.3.3,数字成像检测技术,2.3.4,车辙检测技术的发展趋势,利用横断面方向安装的一定数量的超声波传感器完成车辙的检测，路面检测的宽度小于传感器检测梁的宽度。因超声波传感器集发射与接受于一体，传感器的安装要求严格，且传感器易受环境影响。,超声波检测原理图,2.3.1,超声波检测技术,利用横断面方向按一定间距安装的激光传感器完成车辙的检测，是目前国内外应用较多的一种自动车辙检测技术。,激光传感器检测位移原理图,2.3.2,激光检测技术,激光检测技术的主要特点是,非接触、检测速度快、精度高。,国外发达国家对车辙的检测与评价，主要采用了在横断面方向,布设多个激光探头,的检测技术和最新研制开发的,激光转镜扫描技术,，但通常设备的引进费用较高。对国内研究机构而言，研究开发适合国内行情的路面车辙检测设备迫在眉睫。,近年来，国内的科研机构和高等院校相继开展了路面横断面车辙快速检测的研究开发工作，取得了一些研究成果。长安大学自主开发了集装传感器组成的多探头路面车辙检测系统。,伸缩结构车辙检测系统,车辙检测车,多功能检测车,数字成像检测技术是近几年国内外发展较快的一种车辙自动检测技术，结构简单，数据存储量大，受车辆振动影响较小。,数字成像检测技术原理图,2.3.3,数字成像检测技术,高速公路的发展，对路面检测手段提出了更高的要求，而计算机技术的发展为沥青路面车辙的自动检测提供了重要的手段。沥青路面车辙自动检测技术和设备的发展趋势趋于明朗，其未来发展必将呈现以下特点：,（,1,）快速、实时化；,（,2,）高精度、高稳定性；,（,3,）经济性、人性化；,（,4,）多功能、集成化；,（,5,）智能化、标准化,2.3.4,车辙检测技术的发展趋势,3,沥青路面车辙的形成机理,沥青路面的车辙起因于沥青混合料的粘滞流动、土基与基层的变形，并包括一定程度的压实作用和材料磨耗。在压实良好的半刚性基层沥青路面中车辙主要来源于沥青面层材料的磨损和粘性流动变形。,面层材料磨损,混合料流动变形,沥青混凝土路面在行车反复作用下的车辙发展,车辙的形成过程动态演示,初始压密,侧向流动,集料重排,骨架破坏,车辙的形成机理，可从以下几个方面分析。,3.1,材料组成,3.2,荷载条件,3.3,温度因素,3.1,材料组成,3.1.1,混合料组成,3.1.2,混合料类型,（,1,）沥青用量,车辙深度（,mm,）,沥青含量,0,-1.5,-1.0,-0.5,设计,用量,0.5,1.0,1.5,20,30,10,3.1.1,混合料组成,沥青在车辙的形成过程中起着至关重要的作用，沥青用量过大会使路面极易出现车辙，因此要严格控制混合料沥青用量。如上图所示，沥青用量不得超过最佳设计用量的,0.5%,但对于,SMA,或聚酯纤维沥青混合料这类掺加纤维的混合料，则应适当提高混合料的沥青用量。,（,2,）沥青膜厚度,为保证沥青混合料粒料之间的粘结，集料颗粒表面必须要存在一定厚度的沥青膜，但是沥青用量过大时，集料之间无发有效嵌挤，形成稳定的骨架结构，因此沥青膜厚度必须满足规定。,（,3,）集料级配,混合料内部集料的流动是导致车辙发生的重要原因，级配不合理，特别是细集料偏多，材料的流变特性明显。,在集料级配中，,4.75mm,以上粒径的集料在抵抗车辙的过程中发挥主要作用，因此在配合比设计时一定要严格控制粒径在,4.75mm,以上的集料用量，同时限制粒径在,0.075mm,以下矿粉的用量。,密实骨架结构级配曲线,（,4,）主骨料粒径,混合料的抗车辙性能主要来源于粗集料之间的嵌挤作用形成骨架，再由细料填充孔隙，主骨料作为混合料中的主要骨架，其粒径大小对混合料的动稳定度影响明显。,室内试验测定，不同主骨料粒径动稳定度变化规律如下：,（,1,）悬浮密实性,这种结构通常按密实级配原则进行设计，其密实度与强度较高，水稳定性、低温抗型性能、耐久性都比较好，是最普遍使用的沥青混合料。但由于受沥青材料的性质和物理状态的影响较大，故高温稳定性较差。,我国规范规定的,型密级配沥青混凝土是典型的悬浮密实结构，,型及抗滑表层沥青混合料虽然基本上也是按照连续级配的原则设计的，但空隙率大都大于,5,，实际上是一种悬浮的半密实式沥青混合料。,3.1.2,混合类型料,（,2,）骨架空隙型,沥青混合料的粗颗粒集料彼此紧密相接，石料与石料能够形成互相嵌挤的骨架。当较细粒料数量较少，不足以充分填充骨架空隙时，混合料中形成的空隙较大，这种结构是按嵌挤原则构成的。在这种结构中，粗集料之间内摩擦力与嵌挤力起着决定性作用。其结构强度受扩青的性质和物理状态影响较小，因而高温稳定性较好。但由于空隙率较大，其透水性、耐老化性能、低温抗裂性能、耐久性较差。,我国规范中的半开式沥青碎石混合料及排水性沥青混合科,(OGFC),是典型的骨架空隙结构。,（,3,）密实骨架型,综合前面两种方式组成的结构，一方面混合科中有足够数量的粗集料形成骨架。又根据粗集料骨架的空隙的多少加入足够的较细的沥青填科，形成较大的密实度和较小的残余空隙率，因此矿科级配是一种非连续的间断级配。这种结构兼备上述两种结构的优点，是一种较为理想的结构类型。,沥青玛蹄脂碎石混合科,(SMA),是典型的骨架密实结构。,3.2,荷载条件,3.2.1,荷载等级,3.2.2,荷载作用时间,由于高温剪应力产生失稳性车辙，说明随着轴载的增加，剪应力峰值的分布范围由表面层向中面层转移，使产生失稳性车辙的深度增加，中面层更容易产生失稳性车辙，其次为表面层，再次为下面层。因此，承受重载慢速交通要求沥青混凝土有较好的抗车辙能力，即车速愈慢，要求沥青混凝土的抗车辙能力愈大。,3.2.1,荷载等级,根据时间,-,温度换算效应，沥青混合料作为一种粘弹性材料,遵从流变学的一般规律,按照流变学的波兹曼,(Boltzmann),叠加原理,每次汽车荷载通过的作用可以按荷载作用时间叠加,每一辆车的荷载不同也需叠加,相当于提高了路面的瞬时温度,从而导致车辙的出现,;,同时轮胎与路面之间的摩擦热亦将增大路面温度,导致沥青混合料的劲度模量降低,加速了车辙的产生。,3.2.2,荷载作用时间,3.3,温度影响,3.3.1,高温,3.3.2,温度持续时间,3.3.3,路面温度影响因素,高温条件下沥青混合料内的沥青结合料呈流动状态，在骨料空隙间起到润滑作用，导致混合料内部材料的流动，引起路面结构变形，形成车辙。,3.3.1,高温,沥青混合料变形随温度的变化规律,沥青路表高温很容易与大气发生热交换，高温持续时间短，而沥青混合料的导热系数小，内部高温不易与大气发生热交换，内部的高温持续时间长，对于具有粘弹塑性的沥青混合料，其形变与高温持续时间成正比，因此长时间的高温持续作用更容易导致车辙的发生。,3.3.2,温度持续时间,沥青混合料变形随时间的变化规律,（,1,）气温,（,2,）光照条件,（,3,）风速,（,4,）粒料类型,（,5,）基础导热条件,3.3.3,路面温度影响因素,3.4,车辙变形力学分析,3.4.1,沥青混合料力学模型,3.4.2,车辙变形预估,在外荷载作用下，沥青混合料的应力、应变特性比较复杂它的变形大多数处于,粘弹性状态，,可以用,Burgers,模型,来描述它的这种应力、应变行为。,Burgers,模型是由一组,Maxwell,模型,E,1,1,及一组,Kelvin,模型,E,2,2,串连组成。,Burgers,模型,3.4.1,沥青混合料力学模型,徐变方程：,沥青混合料的蠕变劲度模量：,车辙试验试件在经受加载和卸载的过程中，其应力,应变曲线示意图如下所示：,3.4.2,车辙变形预估,通过对试件的不断加载和卸载试验，得到车辙试验试件的应力应变曲线，当采用,Burgers,模型计算车辙试验动稳定度时，动稳定度与,1,接近正比关系，与试件厚度、轮载应力成反比关系，动稳定度预估公式如下：,4,沥青路面车辙影响因素,4.1,交通条件,4.2,路面温度,4.3,路面材料,4.4,路面结构,4.1,交通条件,4.1.1,行车荷载,4.1.2,交通量,4.1.3,交通渠化程度,4.1.4,荷载作用时间和水平力,1,10,100,1000,10000,2,4,6,8,10,车辙深度,(cm),12,吨,10,吨,12,吨,10,吨,12,吨,10,吨,轴载,6 bar,9 bar,7.5 bar,轴载次数,1000,车辙深度随轮压、轴载的变化规律,4.1.1,行车荷载,不同比例超重车作用下的车辙,根据车辙预估公式，对半刚性基层沥青路面车辙深度进行预估，得上表结果。车辆中若含有超重车，将对路面车辙产生较大的影响。超重车超重量及含量的增加都会引起车辙量的加大，增加量随超重车轴重的增加而增加。,渠化交通引起车辙显著增长,而混合料交通车辙增加较慢是因为混合交通形式,荷载作用面较宽,变性面较大,从而产生的车辙就较少。而渠化交通则相反,因而产生的车辙就较多。,4.1.3,交通渠化程度,4.1.2,交通量,位于重载交通的长大纵坡和交叉口路段，由于车速缓慢以及车辆的频繁制动，会延长车辆荷载作用时间，增大路面结构承受的水平力，极易引起路面结构层间推移，改变路面结构的原有受力状态，产生车辙变形。,4.1.4,荷载作用时间和水平力,高速公路坡度与货车速度关系调查表,超重载货车在上坡路段的速度一般为,20km/h,，车辆如果以,100 km/h,速度行使，对路面沥青层的作用时间约为,0.02s,，如果行使速度只有,20 km/h,，则对路面沥青层的作用时间约为,0.1s,。过长的作用时间对沥青路面产生严重的危害。,4.2,路面温度,车辙对温度很敏感，温度升高，沥青路面的高温稳定性大大降低，车辙将十分严重。在夏季，炎热的南方地区路面中的沥青面层混合料容易显示不稳定，而凉爽的北方地区同样的混合料就存在这类问题。,永久变形,时间,T,t,0,2t,0,3t,0,60,o,C,40,o,C,不同温度下的动态蠕变试验变形的结果,温度由,40,上升至,60,，动态,蠕变试验变形量,5,增大近,1,倍,4.3,路面材料,4.3.1,沥青材料对车辙的影响,4.3.2,矿料组成及级配,4.3.3,混合料类型,（,1,）沥青软化点、粘度,2,4,8,16,5,10,-2,-1,0,+1,+2,车辙深度（,mm,）,针入度指数,60,0,C,粘度（,10,3,P,）,沥青粘度大，软化点越高，,混合料抗剪切变形能力越强，,混合料抗车辙能力越好。,4.3.1,沥青材料对车辙的影响,（,2,）零剪切粘度,10,2,10,3,10,4,10,5,10,6,10,7,10,8,10,1,10,2,零剪切粘度,0,，（,Pa s,）,非改性沥青,改性沥青,零剪切粘度（,40,）与永久变形的关系,永久变形（,mm,）,（,3,）蜡含量,沥青中蜡的含量对沥青的性能有非常大的影响，含蜡量高的沥青，当温度接近软化点时，蜡的熔融会引起沥青粘度的明显降低而使混合料失稳。,根据沥青混合料的强度理论，沥青混合料的强度由两部分组成,:,沥青与矿料之间的粘结力和矿料之间内摩擦力。内摩擦力主要通过嵌挤形成的。通常认为，沥青混合料的高温抗车辙能力,60%,是依靠集料的嵌挤能力。因此，集料的级配对沥青路面的车辙有重大影响。,4.3.2,矿料组成及级配,密实悬浮结构,该结构为连续型密级配，细料多，粗料少且相互之间未接触，不能形成骨架，粘结力较高而内摩阻力小，受沥青性质影响较大，高温稳定性差，路面易产生车辙。,骨架空隙结构,该结构为连续型开级配，空隙率较大，粗料多，可以,形成骨架，但残余空隙率较大，粗料骨架作用明显，受,沥青性质影响较小，高温稳定性强。,4.3.3,混合料类型,密实骨架结构,该结构采用间断级配，有一定量的粗集料形成骨,架，又根据残余空隙的多少加入细集料，故其密实度,较高粘结力和内摩阻力都比较高，高温稳定性好。,车辙主要是由于沥青混合料的高温稳定性不足引起的，而混合料的高温稳定性主要是依靠骨料之间的摩阻力来保证的，当细料含量过多，未形成骨架时，混合料的高温性能就受到严重影响。,4.4,路面结构,4.4.1,路面结构组合,4.4.2,层间结合条件,（,1,）沥青层厚度,沥青层厚度,(mm),车,辙,率,(mm/msa),0,100,200,300,400,0.1,1,10,100,1000,沥青层厚度对车辙率的影响,当沥青层厚度小于,18cm,时，随沥青厚度的增加，沥青路面车辙率显著增加,当沥青层厚度超过,18cm,时，车辙率与沥青厚度之间的关系不再明显,由上图可知,4.4.1,路面结构组合,（,2,）基层类型,不同的基层类型影响沥青面层的受力、变形等，基层顶面不同的压应力对车辙的影响也有所差异。,典型路面结构最大剪应力计算结果,不同层间接触状态路面结构层最大剪应力排序为：,完全连续,部分连续,完全光滑。,4.4.2,层间结合条件,路面结构抗剪强度与车辙变形的关系，如下图所示。,5,沥青路面车辙综合防治技术,5.1,车辙预防,5.1.1,设计方面,5.1.2,施工方面,5.1.3,管理方面,5.2,车辙治理,5.1.1,设计方面,（,1,）材料组成设计,（,2,）路面结构设计,规范规定的车辙指标,沥青选择,级配设计,混合料选择,（,1,）材料组成设计,规范规定的车辙指标,各国根据本国的气候、交通等具体条件，提出了各自的容许车辙标准，如下表所示,。,（,1,）材料组成设计,我国,公路沥青路面施工规范,（,JTG F40-2004,）规定了公路沥青混合料动稳定度的技术要求。,我国,公路沥青路面设计规范,（,JTG D50,2004,）规定了,C,级及,C,级以上公路的表面层和中面层的动稳定度。,橡胶（粉）沥青混合料高温性能要求,废胎胶粉沥青及混合料设计施工技术指南,规定了橡胶（粉）沥青混凝土高温性能要求。,沥青标号分区,年最低月,平均气温,最高月均气温,自 然 区 划,寒 区,10,以下,25,30,4,，,5,，,1,，,2,，,3,，,4,，,5,，,6,，,6,，,7,，,1,，,2,，,2,，,4b,，,2,沥青选择,各类沥青路面选用的沥青标号,气候,分区,沥青各类,沥 青 路 面 类 型,沥青表面处治,沥青贯入式及上拌下贯式,沥青碎石混合料类,沥青混凝土,寒 区,石油沥青,AH-110,AH-130 A-140,上拌,AH-110,下贯,A-140,AH-90 AH-110 A-100,AH-90,H-110,温 区,石油沥青,AH-90,AH-110 A-100,上拌,AH-70,下贯,A-100,AH-70 AH-90,A-80,AH-70,AH-90,热 区,石油沥青,AH-70 AH-90,上拌,AH-70,下贯,A-100,AH-50 AH-70,AH-50,AH-70,热区选用稠度高、,60,粘度大的沥青，寒区选用稠度低、低温延度大的沥青。,表面层选用高温、低温性能均好，并耐老化的沥青；中面层选用热稳性好的沥青，底面层选用抗疲劳，热稳性好的沥青或选用稠度高一级的沥青。,当交通量为,D,级及,D,级以上时，可适当提高沥青的技术要求。,改性沥青技术指标,技术指标,单位,橡胶沥青,胶粉双复合改性沥青,SBS,改性沥青,SMA13,SMA16,SMA13,SMA16,SMA13,SMA16,马歇尔稳定度,KN,6.8,8.9,8.8,13.4,11.6,10.7,流值,0.1mm,23,20,21,15.9,28,32,浸水马歇尔残留稳定度,%,92.3,91.7,93.2,90.3,85.6,82.74,冻融劈裂,%,93.5,92.1,92.4,90.5,86,83.4,低温弯曲破坏应变,3360,3239,3320,3299,3076,2956,动稳定度,次,/mm,4968,5160,9600,10600,6250,6880,TMS,疲劳破坏次数,(,应力比,0.3),次,13590,12660,13860,13230,11890,11650,抗压回弹模量,Mpa,1358,2033,2145,2388,1589,2345,级配设计,沥青混合料的高温抗车辙能力有,60%,依赖于矿料级配的嵌挤作用，沥青结合料则提供,40%,的抗车辙能力。因此将面层集料向形成紧密嵌挤骨架结构靠近，采用,“,抬头平尾,”,的骨架密实型级配，它不仅有较高的抗车辙能力和较小的空隙率，而且构造深度大，能满足抗滑的需要。,混合料选择,沥青面层内部高温剪应力沿路面竖向的分布规律最大剪应力发生在路面表面以下,70-90mm,处，即路面结构的,中、下面层处,。,针对最大剪应力发生的位置，可通过改变中、下面层材料类型，提高沥青路面的抗车辙能力。,以下三种混合料类型经,本课题组,通过室内试验并经试验路铺筑验证：,a.SEAM,改性沥青混合料,b.,聚酯纤维改性沥青混合料,c.Domix,改性沥青混合料,a.SEAM,沥青混合料,由上述数据可知，,SEAM,（替换量,40%,）改性沥青混合料的动稳定度与普通沥青混合料相比有显著提高。,b.,聚酯纤维沥青混合料,从车辙试验结果可看出,聚酯纤维（掺量,0.225%,）混合料的动稳定度明显大于无纤维的沥青混合料,是其动稳定度的,1.6,倍,c.Domix,沥青混合料,从车辙试验结果可看出,Domix,（掺量,0.3%,）沥青混合料的动稳定度明显大于不掺抗车辙剂的沥青混合料,接近其动稳定度的,3,倍。,未加,Domix,普通沥青混合料,（,AC20,）,DS,均值,1000,次,/mm,左右,加,Domix(0.3%),普通沥青混合料（,AC20,）,DS,均值,8000,次,/mm,左右,c.Domix,沥青混合料,硅藻土改性沥青混合料对比车辙试验结果,其他改性沥青混合料车辙试验结果,MAC,沥青,SMA,混合料对比车辙试验结果,环氧沥青混合料对比车辙试验结果,不同岩沥青掺量条件车辙试验结果对比,不同沥青混合料车辙试验结果汇总表：,（,2,）路面结构设计,重载车辙当量计算,对于超重载道路，其损坏评价指标有：,路表弯沉指标,面层底部拉应力指标,基底拉应力指标,车辙指标,进行重载道路路面设计时，建议采用多指标体系，包括路表弯沉、半刚性基层层底弯拉应力及车辙指标。,a.,以路表弯沉值为设计指标的轴载换算方法,推荐对于重载沥青路面的弯沉等效换算指数取为,5.5,；对于常规道路仍按规范取值为,4.35,。,b.,以基层层底弯拉应力为设计指标的轴载换算方法,当车辆超载时，弯拉等效指数近似为,9.0,；当车辆非超载时，弯拉等效指数仍取规范值为,8.0,。,c.,以车辙为设计指标的轴载换算方法,对假定不同轴载对相同的路面结构产生了相同深度的车辙，此时的加载次数等效，推荐以车辙为设计指标的轴载换算指数为,4.5,。,当轴重小于,15t,时，两种轴载换算方法所得轴载换算系数的差别很小，两种方法可以互换。当轴重大于,15t,以后，随着轴重的增加，两种轴载换算公式轴载换算系数的差距越来越大，规范公式换算系数要小于本文公式换算系数，后者平均约为前者的,1.5,倍。也即，对于重载道路，若按规范方法进行轴载换算则低估了重载对路面的疲劳损坏作用。因此，进行重载道路路面设计时，推荐用本文换算方法进行轴载。,考虑重载的设计方法,现行沥青路面设计规范适用于单轴轴载小于,130KN,，双轴轴载小于,220KN,的常规荷载。,在交通特性、荷载图式及轴载换算方法等研究的基础上，系统的提出适合于重载道路的重载沥青路面设计方法。,a.,路面设计指标,根据重载沥青路面的受力及损坏特点，建议仍以设计弯沉值作为路面厚度设计的控制指标，以半刚性基层层底弯拉应力及车辙,(RD),作为检验指标来进行，同时，根据重载作用下的沥青路面受力特点，建议对最大轴载进行弯拉应力验算。,(1),超载汽车为了提高效益，大量采用高强轮胎，并加厚钢簧，这样就使得货车轮胎压力普遍超过,0.7Mpa,。,(2),现行沥青路面设计规范中所使用的计算荷载图式为双轮双圆、圆中心距等于,3,倍接地半径、接地压力为,0.7Mpa,的标准荷载图式。,(3),由重载车辆的作用特点可知，该计算荷载图式不可以代表超重载车辆对路面的作用。,b.,重载沥青路面荷载图式,不同荷载图式：,(1)K,图式：双轮双圆，圆中心距等于,3,倍接地半径，接地压力为,0.7 Mpa,（现规范所规定的标准荷载图式）。,(2)I,图式：轮压和接地面积均随轴载的增加而增加，圆中心距保持不变。,(3)L,图式：接地半径与圆中心距保持不变，轮压随轴重等比例增减。,(4)M,图式：轮压与圆中心距保持不变，接地半径随轴重增加而增加。,根据我国道路的实际情况，采用如下形式：,A=0.008P+152,A,轮胎接地面积（,cm,2,）；,P,每一个轮胎的荷载（,N,）。,建议荷载图示：,考虑车辙为指标的的路面设计方法,对于半刚性基层沥青路面，选用车辙和弯沉作为路面设计的综合指标体系，并初步确定路面设计方法,:,a.,通过调查和预测，确定道路等级、使用年限、近期交通量、交通组成和交通量年增长率；,b.,选定标准轴载，根据轴载换算公式，计算使用末期的累计当量轴载作用次数；,车辙等效,:,4.5,弯沉等效及沥青面层疲劳等效：,半刚性基层疲劳等效：,c.,通过室内外试验测出土基、基层和面层材料的回弹模量值。测定基层、面层材料的断裂韧度，进行沥青混合料的车辙试验，得到不同荷载作用次数下的混合料变形量；,5.5,8,d.,初拟路面结构；按照沥青路面设计规范要求，以设计弯沉为指标进行沥青路面厚度计算，初步确定各结构层厚度；,e.,根据所确定的路面疲劳破坏标准，计算路面的疲劳寿命，并与设计的累积轴载作用次数进行比较，确定路面结构是否符合要求；,f.,根据车辙等效的轴载换算公式计算得到的累计当量轴载作用次数，由沥青混合料车辙试验得到的参数，按照车辙预估模型进行车辙深度预估，检查沥青混合料是否满足抗车辙要求；,g.,根据路面疲劳破坏模型和车辙预估模型，结合其它路用性能指标，分析在路面使用寿命周期可能的路面大修方案，进行相应的费用分析；,h.,选用不同路面结构组合方案，进行路面全寿命周期的技术经济比较分析，确定最终路面结构方案。,路面结构组合,由分析计算可知，就路面结构组合而言，影响高等级道路半刚性路面车辙的主要原因为沥青层的厚度以及沥青层的抗车辙能力。,车辙参数,Wp,10,12.5,15,17.5,20,22.5,10,12,14,沥青层的厚度,H,沥青层的粘性劲度,S,车辙参数,Wp,层间处治措施,加强层间粘结，可以有效地避免结构层间的推移，保证结构层理想的受力状态，防止车辙的产生。本课题组曾在,邯武快速通道,课题中采用以下处治措施,a.,透层油选用,PS-P,高渗透乳化沥青；,b.,下封层采用,“,两油一料,”,处治方案；,c.,粘层油选用高粘沥青。,a.,透层油渗透效果对比,PS-P,高渗透乳化沥青的渗透,深度、抗剪强度以及抗拉,强度均优于煤油稀释沥青,b.,下封层效果对比,“,两油一料,”,的下封层抗,剪强度、抗拉强度均优于,“,一油一料,”,和稀浆封层,c.,粘层油效果对比,高粘沥青下封层抗剪强,度、抗拉强度均优于普,通热沥青和,SBS,改性沥青,5.1.2,施工方面,（,1,）温度控制,（,2,）离析控制,施工温度,（,1,）温度控制,冬季施工,a.,运输沥青料的运输车必须加上,保温,盖布，减少运输过程中的温降。,b.,尽量,缩短运输距离,，可以找离开施工现场最近的沥青混凝土拌合站供料。,c.,在允许条件下,增加摊铺厚度,，可以延长沥青料温降时间，确保足够的压实时间。,d.,用,大吨位,的双钢轮压路机。,e.,增加压路机的数量，,缩短压实,时间。,f.,在混合料拌合过程中加入,温拌剂,，提高压实效果。,集料离析控制,a.,使用混合料转运车，保证混合料在进入摊铺机前集料的均匀性。,（,2,）离析控制,b.,避免采用全宽一次性铺筑，尽量减小摊铺宽度，采用窄幅、联机、梯次摊铺。,温度离析控制,路面摊铺温度离析示意图,a.,运输过程中运料车中混合料做好保温措施。,b.,摊铺过程中摊铺机两翼板混合料做好保温措施。,c.,使用混合料转运车，充分拌合，保证混合料在进入摊铺机前的温度均匀性。,5.1.3,管理方面,（,1,）通车时间,（,2,）初期重车管理,（,3,）超限治理,（,1,）通车时间,一般车辙产生早期破坏往往都是在第一次遇到高温的时候，因此新建道路通车时间应尽量,避开高温季节,，防止路面结构内部材料流动变形，产生车辙。,（,2,）初期重车管理,在新建道路运营初期，尽可能,减少重型车辆驶入,，保证初始压密过程的缓慢进行，避免路面结构破坏。,（,3,）超限治理,5.2,车辙的治理,一般车辙产生早期破坏往往都是在第一次遇到高温的时候，我国一般对,25mm,以下车辙一般不做养护处理，除非车辙深度大于,25mm,，才进行维修养护，这样就会造成维修资金的增加和路面危害程度的加剧。,目前常用的车辙养护措施主要有：,铣刨拉毛、微表处、超薄磨耗层罩面、沥青混凝土罩面、热再生,等。,1,流动型车辙应进行铣刨拉毛,适用于：,（,1,）流动型车辙，有明显的隆起；,（,2,）车辙主要产生在面层，基层以下仍是完整的；,（,3,）车辙,15mm,以上，并且基本稳定；,（,4,）沥青混凝土面层上、中、下各层结合较好，经钻孔取样无松散现象，且车辙隆起部位无严重松散、开裂现象。,2,结构性车辙的罩面维修,适用于：,罩面维修适用于路面沥青层甚至基层都发生破坏，基层破坏严重处应先进行基层处理。,3,轻微车辙的微表处,适用于：,（,1,）微表处适用的路面有以下要求：道路整体强度较高，稳定性较好；路面病害较少，车辙小于,20mm,，并且路面无裂缝，可直接采用微表处进行处置，,（,2,）假如路面有裂缝，需先进行裂缝处理，以免微表处施工时水分顺缝下渗。道路基层、底基层完好无损，仅沥青层出现破坏，必须对沥青层进行处理并撒布粘层油后，再进行微表处。,（,3,）如果基层承载力不够时，一般采用水泥稳定碎石处治基层，这时根据路面实际情况确定是采用微表处还是重新罩面。,4,多功能改良超薄磨耗层,NovaChip,适用于：,高等级沥青路面或水泥路面的预防性、维护性养护和处理，对于出现严重车辙的沥青路面，显然不适用，但对于出现轻微车辙的路段，该方法不失为一种提高路面质量和路面使用寿命的好方法。,谢 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