沥青路面车辙形成机理与影响因素

摘要：简要论述沥青路面的车辙形成机理，通过对机理的分析更加深入的了解车辙病害的形成，分析出里沥青路面车辙形成的影响因素，为以后的施工与养护提供借鉴作用。

关键词：沥青路面；车辙；形成机理；影响因素

随着我国高速公路网的初步形成，沥青路面的早期病害也变得日益严重。特别是轴载的加重和交通渠化使得车辙成为高速公路最主要的早期病害。车辙在全国范围内都普遍存在，严重损害了沥青路面的使用性能。因此，防止车辙病害已成为目前亟需解决的问题。本文重点研究了车辙的形成机理和影响因素，为日后的养护提供借鉴作用。

1 形成机理

沥青路面的车辙由车轮反复碾压形成。它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。半刚性基层沥青路面的车辙主要来源于沥青混合料的粘滞流动和一定程度的压实作用。沥青混合料的变形力学特性极为复杂，其粘弹性理论的基本假定有着很大的偏差。在高温下由于车轮反复碾压，沥青层将产生横向剪切流动。这种流动己不再是经典粘弹性理论中的微观层次上的流动，而是混合料结构不断调整在细观层次上的流动。材料本身的应力变形力学特性是产生这种细观流动的内在因素；具有一定横向分布的车轮反复碾压则是产生细观流动的外界条件。

沥青混合料是松散矿料颗粒由沥青胶结作用以及矿料间自身相互嵌挤的作用共同组成的混合料体系。在外荷载作用下，微结构应力克服某些粘结较弱的团粒间沥青膜粘滞力作用而促使某些团粒发生相互错动。由于荷载不断重复作用，迫使这种相互错动将在更深更广泛的范围内不断重复产生，并逐步累积形成宏观车辙变形。在轮载作用下，路面要产生弯沉盆，随着车轮的移动，弯沉盆也作相应移动。因此，实际沥青路面中混合料团粒间的相互错动不是单向性的，而是随着弯沉盆移动，团粒错动往复地进行，这与室内静力蠕变试验有着显著差别。此外，实际行车都有一定的横向分布，这使得团粒错动具有多向性，就一定的团粒而言，某一行车可能使该团粒向一个方向平行错动，而另一行车又可能使该团粒向另一方向平行错动，甚至由于骨料嵌挤作用使该颗粒产生旋转错动，颗粒的这种多向运动最终导致沥青面层推移和拥包，加速加载试验结果表明，沥青面层的推移和拥包对车辙形成起着重要作用。若以原来的路表为基准，拥包的最大高度可以达到路面塌陷的，而且在整个变形过程中，由于荷载的横向移动，拥包高度和塌陷深度并不总呈增长趋势。

2 影响因素

影响沥青路面高温稳定性的因素很多，总的来说可归纳为内在因素与外在因素。内在因素主要包括路面材料质量和路面结构，外在因素则包括气候条件及交通条件等。内在因素细分则包括矿质集料特性、级配、沥青胶结料性能、沥青与矿料之间的相互作用及路面结构等，具体讨论如下：

（1）集料特性

通常认为沥青混合料的高温抗车辙能力有 60%是依靠集料的嵌挤力，而集料的嵌挤作用在很大程度上取决于集料级配及表面特征。集料的形状和表面粗糙度影响了沥青混合料的嵌挤作用强弱及内摩阻角的大小。一般情况下坚硬、纹理粗糙、多棱角、颗粒接近正方体的集料，其相应的沥青混合料具有较好的高温稳定性。

填料是指沥青混合料组成中粒径小于 0.075mm 的矿料颗粒，在我国俗称矿粉，通常加入填料是为了降低沥青混合料的空隙率并和沥青形成胶浆。填料的颗粒尺寸、形状和聚散程度都影响了沥青胶浆的性能，从而进一步影响沥青混合料的高温稳定性。为了使沥青混合料具有必要的稳定度，需要有一定数量的填料，但填料过多会使沥青混合料发脆并开裂，降低沥青胶浆的粘聚力，同时使沥青混合料容易产生大的塑性变形，因此要严格控制沥青混合料中的填料含量。

（2）级配

级配是集料所有技术性质中最重要的，几乎能影响沥青混合料的所有性能，对高温稳定性亦是如此。集料级配决定了矿料颗粒间嵌挤力的大小及混合料的密实程度，直接影响沥青混合料的高温稳定性。SHRP 的研究表明，在通常情况下，有合理密级配的沥青混合料的高温稳定性要优于间断级配沥青混合料（SMA 除外）。形成骨架结构的级配受温度影响较小，有较好的高温抗车辙能力，而悬浮型结构抗车辙能力较差。

（3）沥青性质

沥青的种类和自身物理性质对沥青混合料抗车辙性能有重要影响。在一定温度和加载速率下，沥青粘度越大，混合料的粘滞阻力也越大，抗剪切变形能力越强，沥青混合料抗车辙性能越好。

沥青胶结料所提供的粘结力大小与沥青混合料本身的性质、沥青用量及沥青与矿料之间的相互作用密切相关，沥青混合料在高温条件下的粘结力与沥青本身在高温条件下的粘结力有关。反映沥青高温性能的指标通常有两个：一个是软化点，一个是 60℃粘度。很显然，沥青的软化点越高，60℃粘度越高，沥青的高温性能越好。

（4）沥青用量

沥青用量对沥青混合料的高温稳定性有明显的影响。矿料表面裹覆的沥青膜分为结构沥青和自由沥青。沥青用量太低，沥青混合料难以压实，使其抗车辙能力差。而随着沥青用量的增加，自由沥青所占的比例越来越大，其作用也越来越强，使沥青混合料的高温稳定性急剧下降。因此，为保证沥青混合料的高温稳定性应限制沥青膜厚度。

（5）空隙率

空隙率较大的沥青混合料容易产生压密变形，增加其密实度可增加矿料颗粒间的接触压力，从而提高其抗车辙能力。但当空隙率低于某临界值时，继续减小空隙率，反而会使沥青混合料抗车辙能力降低。美国西部环道试验结果表明，4%空隙率是最小空隙率的临界界限，随着空隙率的增加，车辙变形也增大。

（6）路面厚度与路面结构

沥青层厚度是影响车辙的重要因素，传统看法认为，厚度越大，车辙越严重。但美国罗杰斯等人通过调查发现，全厚式沥青路面的车辙深度的平均值为 4.6mm，并不比沥青层薄的大。1997 年 TRL 报告指出，当沥青层厚度小于 180mm 时，增加沥青层厚度会使车辙显著增加，而沥青层厚度超过 180mm 再增加厚度对车辙增大的影响就很小了。因此，对沥青路面的车辙形成，不能简单地归结到沥青层的厚度上。

（7）交通条件及气候条件

交通条件对沥青路面高温性能的影响有荷载、轮胎气压、行驶速度、渠化交通等。荷载对沥青路面高温车辙的影响是不言而喻的，重载车、超载车更是加快了沥青路面车辙的产生。通常轮胎气压是适应行车荷载的，荷载越大则轮胎气压越高，车辆超载必然引起轮胎气压增加，其对车辙的影响与荷载是一致的。行驶速度对车辙的影响主要反映在荷载的持续作用时间上，车辆行驶速度越小，荷载作用时间越长，相同交通量所引起的路面变形越大。同时，渠化交通也加速了沥青路面的变形。

所以，车辙的出现时多方面原因影响的结果，只有将这些原因综合起来看，才能真正的对这车辙的出现进行理性的分析。

3 结论

通过本文简单的介绍，得到了沥青路面车辙病害的形成机理，对车辙有了更加深入了解。简要分析了影响沥青路面车辙形成的因素，多种因素共同影响着沥青路面车辙病害的形成，在日后的施工及养护过程中，对主要因素进行关注，得到更加良好的抗车辙路面，提高公路的使用价值。

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