沥青路面车辙分析与防治

摘要：本文旨在对车辙的成因进行深入分析, 并提出具体防治措施。应用数学公式分析方法对主要的失稳型车辙从表现形式、形成机理以及影响因素方面做了详细介绍和系统分析, 同时对结构型及磨耗型车辙也作了阐述, 根据不同的车辙形式提出了相应的防治措施。

关键词: 沥青路面车辙; 沥青混合料; 高温稳定性

中图分类号：U416文献标识码： A

引言

车辙是沥青路面特有的一种破坏现象, 是各种复杂因素综合作用的结果。它经常出现在车轮碾压的轮迹带上, 轮迹带逐渐产生下凹变形, 并形成了两条纵向的槽。车辙也经常发生在城市道路公共车辆的停靠站、十字路口、爬坡道, 加速减速地段以及高速公路收费站等处, 严重时会使道路两侧隆起变形,加速路面的早期破坏, 导致路表面横向排水困难, 造成车辆水漂和冰滑现象, 从而引起车辆及人员的伤亡。

一、车辙分类

1、磨耗型车辙。是由于沥青路面表面层的材料受车轮磨擦和自然环境因素作用下持续不断损耗而造成的。在路面车辙中, 一般以失稳型车辙为主。当土基和基层垫层的承载力明显不足或压实不足时,结构型车辙比较明显; 当沥青结合料明显偏少或者粘附性明显不足或寒冷地区沥青发硬变脆, 造成沥青混合料松散时, 磨耗型车辙比较明显。

2、结构型车辙。是由于路面结构整体刚性不足, 由荷载作用下产生的永久变形积累造成的, 这种变形主要是由于路面基层、垫层的竖向永久压缩变形和土基的固结造成的。

3、失稳型车辙。是由于沥青混合料高温稳定性不足引起的, 因路面结构层在车轮荷载作用下内部材料的横向流动引起位移而形成的。当沥青混合料的高温稳定性不足时, 在外力作用下沥青路面常会产生这种车辙。

二、车辙原因分析及防治

1、失稳型车辙原因分析与防治

失稳型车辙主要是由于沥青混合料高温稳定性不足而造成的, 常出现在沥青面层 10 cm 以内, 在高速公路沥青面层中, 中面层容易出现这种车辙。高温时的车辙, 主要是抗剪强度不足或塑性变形过剩造成的。沥青混合料的强度取决于混合料的内摩擦角和粘聚力, 可以用摩尔方程 S= c+ Rtan 5 来说明矿料和沥青对沥青混合料抗剪强度S的影响, 其中, c 是沥青与矿料之间产生的粘聚力, 5 是矿料与矿料之间产生的内摩擦角, R是沥青混合料所受的正应力。基于以上分析, 可从以下角度进行探讨。

1. 1 内摩擦角的影响因素

1)沥青用量。沥青在沥青混合料中以两种形式存在, 一种为结构沥青, 一种为自由沥青。当混合料中沥青用量过多时, 过多的自由沥青就起到作用, 它能大幅度降低矿料的内摩擦角, 并导致混合料的强度大幅度下降。

2)矿料的最大粒径。不同矿质混合料的永久变形, 随着矿料间隙率 VMA 的

增大而增大。通常在任意给定沥青用量的条件下, 混合料的 VMA 随集料尺寸的增大而减小。大粒径矿质混合料具有良好的抗永久变形能力。

3) 集料的颗粒形状和表面纹理。沥青混合料的内摩擦角是由于集料与集料之间的嵌挤作用产生的。因此, 集料颗粒形状接近立方体, 有多棱角易破碎, 常会产生较大的内摩擦角。集料表面纹理的构造深度和集料种类, 对混合料的内摩擦角也有明显影响。表面粗糙、构造深度大的集料具有较大的内摩擦角。

4) 沥青混合料的级配。连续型密级配沥青混合料, 由于粗集料较少不能形成骨架, 虽然具有较高的粘聚力, 但内摩擦角较低, 连续型开级配的沥青混合料, 则因粗集料所占的比例较大, 能够形成骨架, 因此表现出较高的内摩擦角。但由于细集料较少, 不足以填充粗集料之间的空隙而表现出较低的粘聚力,间断型密级配矿质混合料, 表现出粘聚力、内摩擦角均较高的性质, 所以有条件的地方, 表面层应尝试选用SMA。

1. 2 粘聚力的影响因素

1) 沥青与矿料之间的粘附性。沥青与矿料的粘附性直接影响到沥青混合料的抗车辙能力。沥青与矿料粘附性不好, 会降低沥青与矿料的粘结力, 在夏季高温和车辆荷载作用下, 产生永久变形。

2) 沥青的感温性。沥青的感温性是指沥青粘度随温度变化而变化的程度, 用针入度指数 PI 表示,PI 越大, 沥青的感温性越小, 高温时沥青混合料的粘聚力越大, 抗车辙能力就越强。

3) 沥青用量。沥青在沥青混合料中的作用是将各种不同粒径的矿质混合料粘结在一起, 经过压实形成具有一定强度的沥青混凝土。沥青含量过大, 将影响沥青路面的抗车辙能力, 因为沥青用量过多,会降低粗集料的相互嵌挤作用而降低内摩擦角, 同时, 在沥青混合料中将以自由沥青形式存在, 从而降低了沥青与矿料的粘聚力, 其结果会大幅度降低沥青混凝土的抗车辙能力。

4) 沥青的针入度和粘度。沥青的针入度和粘度是两个不同的指标, 都可用来评价沥青的粘结性能。沥青的针入度相同, 粘度可能有较大差别, 但都可表征其对沥青混合料抗车辙性能的影响。沥青的针入度越大, 混合料的粘聚力越小, 抗车辙能力越差; 沥青的粘度越高, 沥青混合料抗车辙能力越强。

1. 3 失稳型车辙的防治措施

尽量采用人工破碎的砾石以减少卵( 砾) 石的用量, 适当增加矿粉和粗集料用量, 并选择形状接近立方体、表面纹理较深、破碎的集料, 限制扁平细长颗粒和粘土的含量。选用卵( 砾) 石时, 对于中、重交通道路上的沥青面层, 必须先将大砾石破碎。选用细集料时, 除考虑岩质坚硬外, 还应充分考虑其与沥青的粘附性, 选用碱性集料。在可能的情况下, 应采用破碎的人工砂, 避免使用天然砂, 不能避免时也应尽量减少用量。

2、路面结构对车辙的影响

路面车辙除与以上材料因素有关外, 还与路面结构组合有关, 相同的材料在不同的路面结构中表现出不同的性质, 沥青路面厚度与车辙的关系比较复杂。有关室内环道试验表明: 当路基为砂土材料时,面层厚度对车辙影响很大, 面层较薄时车辙较深, 而且主要是由路基的变形引起的; 面层较厚时, 路基变形很小或者基本不产生车辙。当路基为刚性、半刚性等强度刚度较大的材料时, 宜采用薄沥青面层, 面层越厚车辙越深, 面层越薄车辙越浅; 而当路基和基层材料强度刚度较弱时, 应适当增加面层厚度, 以减轻车辙深度。在路面组合设计中, 应选用合理的结构形式以减轻车辙的出现。沥青路面车辙对路面的使用品质和使用寿命造成了严重危害, 从而造成了巨大的经济损失, 甚至危及人员生命安全。

3、磨耗型车辙原因分析与防治

沥青路面形成车辙的另一个原因是轮迹处过量磨耗。磨耗的原因是多方面的, 最常见的原因是沥青混合料中大颗粒集料粗糙度不够、缺乏韧性、带钉轮胎的磨耗、集料级配空隙太大以及集料周围沥青膜厚度不足。磨耗型车辙的防治措施如下: 防滑带钉轮胎对路面的磨耗可以通过法律手段限制其对路面的磨耗,沥青面层混合料应采用坚硬的、表面结构粗糙、有较多破碎面的集料, 确保所有开级配的沥青混合料具有良好的抗磨耗能力, 有条件的尽可能使用密级配沥青混合料并严格控制沥青用量。

4、结构型车辙原因分析与防治

结构型车辙主要是由于基层、垫层的竖向压密变形和土基的固结所致, 这种变形通常发生在施工后的2 a 内, 当基层的附加压实作用很大时, 轮迹处的路面由于基层、垫层及土基的压密和固结作用而出现车辙, 这可以通过在路面行车道横断面上放置一把直尺来观察。结构型车辙的防治措施如下: 基层设计与施工必须符合工程结构原理和实践经验; 基层材料必须符合规范要求, 且有较多的破碎面; 集料必须含有足够的矿物填料; 基层、土基必须充分压实; 尽量采用半刚性基层材料; 沥青混合料的孔隙率以4% 为宜。实践证明, 路面空隙率小于3% 就会出现车辙。这种由于交通荷载作用而产生的沥青路面附加变形一般不显著, 对于这种车辙可通过加强施工管理, 严格控制沥青路面的压实使其符合规范要求得以减弱和消除。

参考文献:

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[2] 孙凌, 杨扬. 沥青路面车辙产生的原因及防治措施[J] . 交通科技与经济, 2013（20）：56-58