沥青混凝土路面抗车辙性能影响因素研究.pdf

102工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工0 引言随着交通强国战略的提出，我国交通行业的发展进入了一个飞速发展时期。公路的总里程不断增加，公路网的规划进一步完善，使得居民的出行更加方便。但随着我国交通量急剧增长以及大型运输车辆超载现象增多，导致现阶段沥青路面在服役早期就出现了不同程度的病害。其中车辙是沥青路面在服役过程中最为常见病害之一。车辙产生后，会降低路面的平整度，影响行车安全；路面出现车辙后，路面积水会渗入混合料内部，加速路面的破坏。且在冬季车辙处易积水结冰，进而影响行车安全1。特别是在城市道路的交叉口路段，常常由于运输车辆超载，导致道路通车不久便出现车辙2。影响沥青路面车辙形成的因素众多且形成机理较为复杂，主要包括材料、设计、施工和外界因素等，为此如何有效控制车辙的发生，已成为国内外道路学者研究的一个热点问题。针对沥青路面车辙的产生原因和评价方法以及改进措施，国内外学者对此已进行了大量的研究。缪群露3通过对不同沥青用量、不同集料级配的车辙板进行车辙试验,分析对动稳定度的影响，从而提出了新的量化指标。陈昱东等4对比国产车辙仪与美国APA路面分析仪、德国 HWTD 车辙仪的异同和优缺点，并对其适用性进行具体分析，提出了针对国产设备的改进方法。岳学军等5通过试验得出，与车辙试验相比，相对变性指标、劲度模量等指标更能反应沥青混合料的抗车辙性能，而传统的动稳定度指标具有一定的局限性。杨军6通过室内试验和足尺实验，得出中面层的设计和材料会对路面的抗车辙性能产生显著影响。谢玲儿等7采用特殊模具制作试件，测得的动稳定度与混合料抗车辙性能具有较好的相关性。关宏信8利用改进的车辙试验仪开展车辙试验，得出路面结构的中面层对抗车辙性能具有较大的影响。本文为研究路面抗车辙性能，分析了车辙的类型以及各类型车辙产生的机理、影响因素及评价方法，并基于现阶段的一些道路新材料、新结构、新工艺，提出了防治沥青路面车辙的措施。1 沥青路面车辙的类型及产生机理1.1 车辙类型沥青路面车辙是指路面在行车荷载的反复加载作用下，由于沥青黏弹塑性性质改变而产生的永久变形。根据车辙形成的机理可将其分为压密型、结构型和失稳型。1.2 三种类型车辙产生的机理1.2.1 压密型我国早期规范的压实标准是以路面压实度来控制，早期规范中的压实标准过低，在碾压不充分的情况下通车，车辆的荷载作用，便会使沥青路面出现再压密型车辙。压密型车辙只在车轮轨迹下有一定的下凹，而在车轮轨迹线两边没有隆起，呈现“V”形9，如图 1a 所示。1.2.2 结构型车辙结构型车辙主要是因为路面结构设计存在缺陷而造成的。一般来说，道路的基层或路基强度不足，会导致沥青路面的基层甚至路基发生大幅度形变，从而引起面沥青混凝土路面抗车辙性能影响因素研究贾肖肖1 周佳仪1 袁月明2（1.山东省交通规划设计院集团有限公司，山东济南2500002.山东高速建设管理集团有限公司,山东济南250013）摘要：随着交通量和超载现象的不断增加，以及外界环境的影响，沥青路面早期病害也不断增加。车辙是目前中国最常见的沥青路面损坏形式之一，它不仅影响驾驶员行车的舒适性和安全性，而且加速了路面结构的破坏，降低了路面使用寿命。分析我国沥青路面车辙的形成原因及其类型，通过相应试验探讨了现阶段我国路面抗车辙性能的评价试验方法及影响因素，并对减少车辙给出了相应措施。关键词：沥青路面；沥青混合料；抗车辙性能CM&M 2023.04103层变形。结构型车辙的一般较宽，主要呈“U”形，两侧不会出现推移隆高，如图 1b 所示。1.2.3 失稳型车辙失稳型车辙主要是在夏季高温行车荷载的作用下，沥青混合料的抗剪切强度降低，沥青混合料发生剪切变形。继而随着车辆荷载的作用，不断积累，路面产生的残余永久变形逐渐增加。一般这类车辙在车轮两侧会出现隆起，如图 1c 所示。2 沥青路面抗车辙性能评价方法及影响因素2.1 沥青路面抗车辙性能的评价方法现阶段，国内外针对沥青路面抗车辙性能的评价实验方法，一般是在测量其永久变形的试验上进行的，主要分为 3 类：第一类为室内试验，其主要原理是用较小的车辙面板模拟沥青面层，研究路面的变形行为。室内车辙试验是目前最常用的抗车辙性能评价方法。第二类是是静态或动态的蠕变试验，其原理是基于用力学试验的方法获取沥青混合料的相关参数，从而评价抗车辙性能的优劣。第三类是现场足尺寸试验，主要是用加速加载试验，来模拟真实路面结构下车辆荷载作用对车辙的影响规律10。室内车辙试验是我国现行规范公路工程沥青及沥青混合料试验规程（JTG E20-2011）评价沥青混合料抗车辙性能的方法，该实验主要的评价指标是动稳定度DS，其计算方法如下：（1）式中：DS为动稳定度(次/mm)；d1和d2分别为时间t1、t2时的变形量；C1、C2为常系数；N为试验机往返碾压速度。规范中要求，不同地区沥青路面施工过程中的动稳定度标准，表 1 为夏季炎热区的沥青路面动稳定度规范指标。车辙试验在一定程度上可以反应抗车辙性能，但由于车辙板试件偏小，所以仅靠车辙结果并不能很好的反应抗车辙性能，所以有学者在车辙实验的基础上提出车辙量预估模型，如式（2）和式（3）：（2）（3）式中：Ra为浙青混合料层的永久变形量，单位为mm；Rai为第i分层的永久变形量,单位为 mm；n为分层数；Tpef为沥青混合料层永久变形等效温度()；N为设计使用年限内设计车道上当量设计轴载作用次数；hi第i层厚度，单位为 mm；h0 为车辙板厚度；R0i车辙试验永久变形量；pi基于弹性层状理论体系的沥青层第i分层顶面的竖向压应力，单位为 MPa。蠕变试验可以反映沥青混合料的蠕变参数，其主要依赖于 Burgers 模型，如图 2 所示。它可以辨别不同沥青混合料在相同荷载作用下的抗变形能力，继而比较抗车辙能力，但缺少相关的量化指标。现场足尺试验几乎接近实际情况，但成本较高，难以普及。2.2 沥青路面抗车辙性能影响因素影响路面抗车辙性能的因素主要可归纳为外部自然因素以及内部因素。2.2.1 路面结构的影响我国公路主要采用半刚性基层的路面结构设计，基层刚度大，变形较小。沥青面层在一定厚度区间内时，路面的永久变形与厚度相关性较大，如图 3 所示。由图 3 表 1 夏炎热区混合料动稳定度施工指标 次/mm沥青混合料类型气候分区1-1、1-21-3、1-4普通沥青混合料8001000改性沥青混合料24002800SMA非改性1500改性3000OGFC 混合料1500（一般交通路段）3000（重交通路段）图1 3类车辙示意图图2 Burgers模型示意图a 压密型b 结构性c 失稳型104工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工可知，车辙板厚度越大，其抗车辙性能越好。2.2.2 沥青路面材料选用的影响沥青混合料是多种材料复合而成，性能极易受各组分材料性能的影响，从而影响路面的抗车辙性能，例如，矿料级配中细集料过多，容易产生失稳破坏。粗集料过多，则会使沥青的黏结力下降，出现失稳破坏。这些都会导致车辙的产生11。不同混合料级配类型对应的抗车辙性能均有所差异，如表 2 所示。不同的沥青种类对路面抗车辙能力有很大影响，在夏季高温时沥青会变软，从而容易产生车辙，如图 4 所示。由图4 可以看出，改性沥青混合料的抗车辙性能明显好于基质沥青混合料。2.2.3 外界因素影响重载超载现象会使路面出现结构或失稳型车辙。我国大部分地区夏季高温，沥青材料变软，路面车辙变多。除上述因素外，施工质量低也会沥青路面产生车辙。3 提高沥青路面抗车辙性能措施根据沥青路面车辙的类型、产生机理以及影响因素，提出了如下建议来提高路面的抗车辙性能：3.1 科学设计路面结构根据路面结构的设计类型，适当的选择沥青层的厚度，也可以通过设置高模量沥青抗变形层、加铺碎石过渡层等措施，来提升沥青路面的抗车辙能力。3.2 合理选择路面材料在设计沥青混合料配合比时，需要考虑沥青的黏度、集料粒径与类型、沥青与填料的黏附性。3.3 加强路面运维管理要严格限制超载车辆通行，避免加剧车辙的产生。同时加强道路监管和维护，定期巡视、检查。4 结束语车辙病害已经成为我国现阶段最为常见的路面病害之一，一旦沥青路面出现车辙，会对沥青路面的寿命和行车安全造成严重影响。本文分析我国沥青路面车辙的形成原因及其类型，通过相应试验探讨了现阶段我国路面抗车辙性能的评价试验方法及影响因素，并对减少车辙给出了相应措施。科学设计路面结构、合理选择路面材料、加强路面运维管理，可有效提高沥青路面抗车辙性能。参考文献1 吴昱林.基于剪切性能的沥青路面车辙预估研究 D.长沙:长 沙理工大学,2019.2 方杨.高抗车辙沥青路面材料开发及应用 D.武汉:武汉理工 大学,2008.3 缪群露.沥青混合料车辙试验研究 J.现代交通技术,2008,5(S2):16-18.4 陈昱东,韩军舵.沥青路面抗车辙性能试验的合理性分析 J.江西建材,2017,218(17):150-151.5 岳学军,黄晓明.沥青混合料高温稳定性评价指标的试验研究 J.公路交通科技,2006(10):37-40.6 杨军,崔娟,万军,等.基于结构层贡献率的沥青路面抗车辙 措施 J.东南大学学报(自然科学版),2007(2):350-354.7 谢玲儿,杨建华,李伟,等.沥青混合料圆柱体试件车辙试验 条件分析 J.武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2017,41(4):633-637.8 关宏信,张起森,徐暘,等.全厚式沥青面层车辙控制标准探 讨 J.土木工程学报,2011,44(9):124-129.9 刘骞.沥青路面维修养护中的车辙防治技术研究 D.郑州:郑 州大学,2013.10 肖桂清,曹立松.沥青路面抗车辙性能的改善措施及评价方法 J.山西建筑,2015,41(29):166-168.11 王佳宁.沥青路面车辙产生原因及其防治措施 J.北方交通,2017,291(7):116-118.图3 不同车辙板厚度对沥青抗车辙性能影响图4 不同沥青混合料车辙性能研究 表 2 不同混合料类型车辙试验结果 mm混合料类型45min 变形量AC-131.68AC-202.01AC-252.66动稳定度/（次/mm）动稳定度/（次/mm）车辙板厚度/cm荷载/MPa