摘要：車轍病害已是我國路面建設(shè)中日益突出的問題，影響瀝青路面的車轍的因素極其復(fù)雜，本文從影響車轍的內(nèi)因和外因?qū)�、結(jié)合料、瀝青含量、混合料類型、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計、荷載、環(huán)境條件以及施工控制等諸多因素進行了分析。并總結(jié)了相應(yīng)的對策。
關(guān)鍵詞：瀝青 混合料 車轍影響因素 級配 溫度
近年來高速公路有著飛快的發(fā)展，隨著車輛交通的渠化以及軸載和輪壓的不斷增加，瀝青路面的車轍問題日益嚴重。車轍病害已經(jīng)成為瀝青路面設(shè)計、施工和使用過程中的突出問題。因此通過分析研究車轍病害的影響因素，指導(dǎo)路面設(shè)計、施工和管養(yǎng)有著重要的意義。
1 車轍病害綜述
車轍是重復(fù)行車工作荷載作用下的瀝青路面不可恢復(fù)應(yīng)變的累積變形及行車荷載作用下的壓密推擠變形，是瀝青路面最普遍的一種損壞形式。從機理上分析，車轍的形成機理主要由壓密變形和路面的剪切變形交互作用而成，一般分為壓密、瀝青混合料塑性流動和礦質(zhì)骨料重新排列三個階段構(gòu)成。車轍的產(chǎn)生會影響路面的平整度、路表積水或結(jié)冰，從而降低路面的抗滑能力、削弱面層及路面結(jié)構(gòu)的整體強度、車輛在超車或更換車道是方向失控，影響行車安全。目前，車轍已成為全世界最嚴重的路面破壞類型之一，它造成路面破壞，大量維修、重修，以及行駛安全和質(zhì)量問題。
2 車轍變形的影響因素[1][2][3]
影響瀝青路面車轍及混合料高溫性能的因素是很多的，可總體歸納為內(nèi)在因素和外部條件。內(nèi)在因素主要反映在材料本身的質(zhì)量及混合料的組成上，而外部條件則主要包括氣候條件和交通條件。當(dāng)外部條件與材料的內(nèi)在因素結(jié)合在一起時就會對瀝青路面產(chǎn)生綜合影響。此外，路基、路面基層和路面結(jié)構(gòu)組成及其施工質(zhì)量也會對瀝青路面車轍形成產(chǎn)生綜合影響。車轍影響因素主要有集料、結(jié)合料、混合料類型、荷載、環(huán)境條件等。 2.1瀝青混合料類型的影響
瀝青混合料是由瀝青結(jié)合料粘結(jié)礦料組成的，其高溫穩(wěn)定性的形成機理也來源于瀝青結(jié)合料的高溫粘結(jié)性和礦料級配的嵌擠作用。但是在高溫狀態(tài)下，即使采用了經(jīng)過改性的高粘度瀝青結(jié)合料，僅僅依靠瀝青無法承受車輛荷載的強大水平推擠力和水平剪切作用力。在這種情況下，粗細集料和礦粉組成的礦料級配起到了重要作用。對不同組成的瀝青混合料，集料(尤其是產(chǎn)生嵌擠的粗集料)比例是重要的因素。有的研究人員認為間斷級配的瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性優(yōu)于密級配瀝青混合料，以集料嵌擠作用為主的瀝青碎石、貫入式以及瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)、大孔隙排水式瀝青混合料(OGFC)等，高溫穩(wěn)定性主要依靠粗集料的嵌擠作用，一般具有很高的抗車轍能力。也有的研究人員認為，密級配混合料使得集料顆粒間具有較多的接觸點，因此比間斷級配或開級配混合料更穩(wěn)定。據(jù)SHRP的研究，在通常情況下，合理的密級配混合料的高溫穩(wěn)定性要優(yōu)于間斷級配的混合料。
2.2集料粒徑的影響
集料粒徑對瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有相當(dāng)?shù)挠绊�，傳統(tǒng)思路認為，集料越粗對抗車轍越有利。車轍試驗表明，對AC-13、AC-16、AC-25混合料，動穩(wěn)定度并沒有顯著差別。美國為驗證SUPEREPAVE配合比設(shè)計成果的西部環(huán)道試驗中，將集料分為粗、中、細3種級配，試驗表明：熱拌瀝青混合料在最佳瀝青用量，空隙率8%時，粗級配的車轍深度最大，細級配次之，中級配最小。我國有的實驗結(jié)果也表明，在最佳瀝青用量時，在不同粒徑的混合料中，中粒式瀝青混凝土的高溫抗車轍能力最好，其次是細粒式，粗粒式的反而最差。 2.3瀝青、集料和礦粉的物理力學(xué)特性的影響
2.3.1集料的表面特性
材料瀝青混合料由瀝青、集料和礦粉混合組成。顯然，這些材料的物理力學(xué)特性將程度不同地直接影響到瀝青混合料的各種路用性能。一般來說，選擇優(yōu)質(zhì)的材料，采用合適的瀝青用量，進行適當(dāng)?shù)募壟湓O(shè)計，能顯著地提高瀝青混合料的抗車轍能力。在諸多材料影響因素中，集料所具有的特性對瀝青混合料高溫性能的影響尤其顯著。通常，破碎、堅硬、紋理粗糙、多棱角、顆粒接近立方體的集料，相應(yīng)的瀝青混合料高溫性能就比較好。有研究認為，在集料組成中，破碎的細集料比破碎的粗集料對改善瀝青混合料的高溫性能更有利，表明中等顆粒采用破碎集料更重要。
2.3.2瀝青用量
瀝青用量對混合料的抗車轍能力有極為明顯的影響，我國《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，在夏季炎熱的高溫地區(qū)，在配合比設(shè)計得出的最佳瀝青用量OAC的基礎(chǔ)上，減少0.3%之后的瀝青用量作為設(shè)計瀝青用量往往是適宜的。施工時嚴格控制瀝青用量對控制車轍有極為重要的意義，這一點對重載路段尤為重要。加大荷載可以使配合比設(shè)計的最佳瀝青用量減少。當(dāng)然瀝青用量減少將使碾壓困難。采用較少瀝青用量之后，通過重型壓路機碾壓成型的路面具有較好的高溫抗車轍能力。因此適當(dāng)減少瀝青用量，加大壓實功，使混合料充分嵌擠，又沒有留下大的空隙率是提高瀝青路面高溫穩(wěn)定性能的重要措施，尤其是對超載車和重載車特別多的路段，這樣尤為重要。不過，如果瀝青用量減少了而沒有得到充分的壓實，則可能適得其反，此時可能還沒有來得及產(chǎn)生車轍，水損害卻形成了。如果施工時沒有足夠噸位的壓路機和良好的壓實效果，如果達不到要求的壓實度，則達不到提高瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的目的。
2.3.3礦粉和礦料的比表面積
瀝青的粘度及瀝青與礦料之間的粘附性是影響瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的兩大因素，瀝青的粘度越大，勁度越高，瀝青與礦料間的粘附越好，則混合料的高溫穩(wěn)定性越高，因此，要選用粘度大的瀝青和非酸性的礦料以提高混合料的高溫穩(wěn)定性，但同時要兼顧低溫開裂這一因素。
2.3.4改性瀝青
高溫性能稍差的瀝青也并非不能用于高等級道路建設(shè)。瀝青改性就是一種提高瀝青高溫穩(wěn)定性同時兼顧其低溫性能的有效手段。改性瀝青一般都具有較好的高溫性能，但是，改性瀝青的使用要從工藝上、經(jīng)濟上及試驗路實際使用效果上全面考慮，改善效果明顯而又經(jīng)濟可行的改性方法才能普及應(yīng)用。 2.4路面結(jié)構(gòu)組合
瀝青混合料的抗車轍能力除了受其組成和性能影響外，還受路面結(jié)構(gòu)組合的影響，同樣的材料在不同的路面結(jié)構(gòu)中會表現(xiàn)出不同的性能，這也就是材料組成設(shè)計不應(yīng)該同路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計相分離的原因所在。瀝青路面結(jié)構(gòu)組合也是瀝青路面的抗車轍能力的重要影響因素。根據(jù)美國AASHO試驗路對車轍研究的測定,車轍量隨瀝青面層厚度的增加而增大，到達25cm厚時將達到極限，我國現(xiàn)有高速公路的瀝青路面厚度一般在15cm—20cm之間是比較合理的。表１[4]為室內(nèi)環(huán)道實驗結(jié)果，面層為瀝青混凝土，其下層為砂土路基。結(jié)果表明：面層厚度對車轍影響很大，當(dāng)面層較薄時，車轍較深而且有較大的一部分產(chǎn)生于路基的變形，而當(dāng)面層較厚時，路基很少或基本上不產(chǎn)生車轍。
表１ 面層厚度與車轍深度的組成
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面層厚度
（cm） |
車轍深度
（cm） |
路基變形
（cm） |
面層變形
（cm） |
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5 |
1.4 |
0.7 |
0.7 |
|
10 |
1.2 |
0.1 |
1.1 |
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14.2 |
1.25 |
0.0 |
1.25 |
由此可見：當(dāng)路基和基層強度較高時，采用薄面層可以有效地控制車轍量，而當(dāng)路基、基層較弱時，應(yīng)適當(dāng)增加面層厚度。如果面層結(jié)構(gòu)采用了不合理結(jié)構(gòu)組合型式或集料的強度、粒徑大小、級配組成等不合理,將會大大降低瀝青面層的抗車轍能力。所以合理面層結(jié)構(gòu)及厚度的設(shè)計將對車轍的產(chǎn)生具有直接的影響。 2.5氣候條件
氣候條件主要包括氣溫、日照、風(fēng)、雨、濕度等，其中，除了濕度，其他因素歸結(jié)起來都反映在溫度上，而這也是最為顯著的車轍影響因素。黑褐色的瀝青混合料具有較強的吸熱能力，這是夏季瀝青路面的溫度遠高于氣溫的重要原因。由于熱量難以從瀝青路面中散出，使瀝青路面長時間處于高溫狀態(tài)，在外部荷載的作用下就很容易產(chǎn)生流動變形，從而形成擁包、車轍。有資料認為，在40℃范圍內(nèi)，瀝青混合料的溫度上升5℃，其變形將增加2倍左右。因此，盡管我們不可能改變天然的氣候狀況，但若能采取可能的措施，降低路面溫度，例如采用淺色的石料，種植行道樹，改善路面的通風(fēng)等，將有利于保持瀝青路面穩(wěn)定。
研究表明，路面在潮濕狀態(tài)下，瀝青混合料的水敏感性增大，同時使高溫穩(wěn)定性也降低。盡管下雨能使路面溫度下降5℃左右，但有水狀態(tài)比干燥狀態(tài)將容易產(chǎn)生車轍。 2.6交通條件
交通條件對瀝青路面高溫性能的影響可以歸結(jié)為交通量、荷載、行車速度、交通渠化等。其中，行車速度對瀝青路面永久變形的影響主要反映在荷載的持續(xù)時間上，車輛行車速度越慢，荷載作用時間越長，相同交通量所引起的路面變形越大。這種情況主要出現(xiàn)在停車場、車站、交叉路口、爬拉車道、收費站，以及其他交通擁擠的地方。另外，渠化交通也會加快瀝青路面車轍的形成，特別是在高速公路的行車道，重載車、超載車、較高的輪胎氣壓、較慢的行車速度，渠化交通則對瀝青路面的產(chǎn)生嚴重的車轍 。2.7施工控制
使用干凈、具有良好性能級配的、結(jié)構(gòu)層穩(wěn)定性好的材料，并在施工時避免離析，加強壓實，可提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性�；鶎颖仨毘浞謮簩�，以防止由于行車荷載引起的附加壓實作用。如果基層的質(zhì)量很好，則車轍主要發(fā)生在瀝青路面的面層。
3 結(jié)束語
車轍的影響因素是極其復(fù)雜，因此，在設(shè)計、施工和管養(yǎng)過程中要針對當(dāng)?shù)氐木唧w情況采取有針對性的措施，做到有的放矢，既要考慮路面抗車轍性能，又要兼顧瀝青路面的其他性能指標，同時還要考慮技術(shù)、經(jīng)濟可行性。只有采用合理的路面結(jié)構(gòu)形式和瀝青路面的適宜厚度、良好的級配、適宜的瀝青含量，把好材料關(guān)，嚴格執(zhí)行施工作業(yè)規(guī)程，對拌和、運輸、攤鋪和碾壓進行有效的跟蹤監(jiān)控，在管養(yǎng)過程中及時維修，這樣才有可能做出良好的抗車轍路面。 |
