瀝青路面車(chē)轍形成機(jī)理及防治措施

李秀鳳LI Xiu-feng；景鐸JING Duo

（黑龍江職業(yè)學(xué)院，哈爾濱 150080）

（Heilongjiang Polytechnic，Harbin 150080，China）

0 引言

瀝青路面的主要破壞形式之一是路面產(chǎn)生車(chē)轍，在高溫季節(jié)里，一般情況下比較容易發(fā)生車(chē)轍現(xiàn)象。瀝青面層在行車(chē)荷載的反復(fù)作用下，進(jìn)而在一定程度上被碾壓密實(shí)，瀝青面層經(jīng)過(guò)反復(fù)的擠壓，進(jìn)而導(dǎo)致輪跡帶不斷下沉。在剪應(yīng)力的作用下，路面的內(nèi)部材料發(fā)生橫向的流動(dòng)，在一定程度上使得中間和兩側(cè)出現(xiàn)凹陷和隆起，進(jìn)而在路面層形成波峰和波谷。道路本身及道路的使用性能受到車(chē)轍的危害和影響。

1 車(chē)轍形成機(jī)理分析

1.1 初始階段的壓密過(guò)程 碾壓混凝土路面前，瀝青混合料由瀝青、集料，以及空隙組成，因而混合料比較松散。通過(guò)壓路機(jī)對(duì)瀝青混合料進(jìn)行碾壓，瀝青與礦粉組成的膠漿以及半流狀態(tài)的瀝青在高溫條件下被擠進(jìn)礦料的間隙內(nèi)，在強(qiáng)力排擠的作用下，集料進(jìn)一步形成骨架結(jié)構(gòu)。經(jīng)壓路機(jī)碾壓成型后，松散混合物投入使用，在車(chē)輛荷載的作用下，瀝青混合料在初期階段被進(jìn)一步壓實(shí)，進(jìn)而在一定程度上形成微小的永久性變形。

1.2 瀝青混合料的流動(dòng) 在瀝青混合料中，瀝青與礦料形成的瀝青膠漿和自由瀝青，在車(chē)輛荷載和高溫的共同作用下首先發(fā)生流動(dòng)，隨之發(fā)生瀝青混合料的流動(dòng)性變形。

1.3 礦料骨架的重新排列及破壞 自由瀝青和膠漿在荷載和高溫的共同作用下首先發(fā)生流動(dòng)，這時(shí)，由于瀝青混合料依然處于半凝固狀態(tài)，所以荷載通常情況下由混合料中粗、細(xì)骨料構(gòu)成的骨架進(jìn)行承擔(dān)。隨著溫度的升高，汽車(chē)荷載的增加，在荷載的直接作用下，沿著礦料間的接觸面硬度較大的礦料顆粒發(fā)生相應(yīng)的滑動(dòng)，在一定程度上，導(dǎo)致瀝青和膠漿流向富集區(qū)域，進(jìn)一步產(chǎn)生流動(dòng)性變形。

2 瀝青路面車(chē)轍內(nèi)因分析

2.1 路面結(jié)構(gòu)的影響 隨著瀝青路面厚度的增大（在一定的厚度范圍內(nèi)），永久變形也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的而增加。對(duì)瀝青路面通過(guò)采用剛性基層或半剛性基層材料進(jìn)行相應(yīng)的處理，在抗剪切變形和高溫穩(wěn)定性方面，由于剛性基層或半剛性基層都具有很強(qiáng)的能力。因此，在路面面層容易發(fā)生瀝青路面的車(chē)轍現(xiàn)象，相對(duì)來(lái)說(shuō)，其他層產(chǎn)生車(chē)轍的比例比較小。

2.2 集料性質(zhì)的影響 瀝青混合料的耐熱性在一定程度上受到集料性質(zhì)的影響和制約，這種影響通常情況下，通過(guò)集料與瀝青相互作用進(jìn)行顯示。由于集料與瀝青在一定程度上產(chǎn)生相應(yīng)的吸附作用，進(jìn)而瀝青混合料抵抗變形能力大大提高。瀝青混合料的抵抗變形能力和強(qiáng)度隨著瀝青內(nèi)聚力的增大而逐漸增強(qiáng)。

2.3 瀝青混合料塑性的影響 通常情況下，路面的抗剪強(qiáng)度與混合料的塑性存在某種關(guān)系，通常情況下，塑性與抗剪強(qiáng)度成反比?？辜魪?qiáng)度隨著塑性的減小而逐漸增大，同時(shí)，抗變形能力在高溫條件下就會(huì)增大。瀝青混合料的級(jí)配和種類(lèi)影響和制約瀝青混合料的塑性。

2.4 瀝青混合料空隙率的影響 經(jīng)過(guò)壓路機(jī)碾壓，路面成型后，在高溫條件下，瀝青混合料空隙率在一定程度上影響著路面的抗變形能力。瀝青混合料的空隙率越大，內(nèi)摩擦阻力就成為路面抗剪強(qiáng)度的主要決定性因素，但是，對(duì)于溫度和加載速度來(lái)說(shuō)，其變化通常情況下與內(nèi)摩擦阻力沒(méi)有任何關(guān)系。

2.5 級(jí)配的影響 一般情況下，瀝青混合料的性能受到級(jí)配的影響和制約，同時(shí)混合料級(jí)配對(duì)高溫穩(wěn)定性也產(chǎn)生相應(yīng)的影響。集料的級(jí)配通常決定著混合料的密實(shí)程度，以及礦料顆粒間嵌擠力的大小，進(jìn)而在一定程度上影響瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。試驗(yàn)研究表明，在常規(guī)條件下，除SMA 外，間斷級(jí)配瀝青混合料高溫穩(wěn)定性比有合理密級(jí)配的瀝青混合料的差。對(duì)于形成骨架結(jié)構(gòu)的級(jí)配來(lái)說(shuō)，溫度造成的影響比較小。

3 摻加抗車(chē)轍劑

在我國(guó)，主要通過(guò)半剛性材料對(duì)基層進(jìn)行處理。由于半剛性材料具有較強(qiáng)的板結(jié)性能和強(qiáng)度，所以，在基層和基層以下，只有極小的部位發(fā)生變形，通常情況下結(jié)構(gòu)性車(chē)轍很少發(fā)生，磨損性車(chē)轍在我國(guó)的路面中很少出現(xiàn)。但是，流動(dòng)性車(chē)轍在我國(guó)路面中比較普遍。當(dāng)前，還沒(méi)有有效的方法維修流動(dòng)性車(chē)轍，辦法只有再生改造原有材料后更換發(fā)生車(chē)轍的結(jié)構(gòu)層，或是銑刨車(chē)轍部位后，采用新的瀝青混合料修補(bǔ)。

然而使用抗車(chē)轍劑是行之有效的解決方法，在瀝青拌和過(guò)程中將抗車(chē)轍劑顆粒直接投入瀝青混合料攪拌缸中。這種方法屬于對(duì)瀝青混合料的改性，它與瀝青的改性不同?？管?chē)轍劑的摻量不同能獲得抗車(chē)轍性能也會(huì)存在一定的差異。

①集料改性的作用。在拌和抗車(chē)轍劑的過(guò)程中，將抗車(chē)轍劑與集料進(jìn)行干拌，通過(guò)抗車(chē)轍劑將集料的表面進(jìn)行部分覆蓋，進(jìn)而提高集料的粘結(jié)性。

②瀝青增粘的作用。在對(duì)瀝青進(jìn)行濕拌和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，部分抗車(chē)轍劑發(fā)生溶脹或者溶解在瀝青中，進(jìn)而形成膠結(jié)，進(jìn)而在一定程度上增加了瀝青混合料的粘度。

③纖維加筋的作用。形成微結(jié)晶區(qū)的聚合物，由于具有一定的勁度，部分拉絲在集料骨架內(nèi)發(fā)生搭橋交聯(lián)，進(jìn)而在一定程度上發(fā)揮纖維加筋的作用。

④細(xì)集料骨架的作用。在施工過(guò)程中，將抗車(chē)轍劑添加在瀝青混合料中，在碾壓過(guò)程中抗車(chē)轍劑顆粒受熱成型，一方面降低了成型路面的滲透性，另一方面增加了瀝青混合料結(jié)構(gòu)的骨架作用。

⑤變形恢復(fù)的作用?？管?chē)轍劑的彈性成分在高溫環(huán)境下，能夠恢復(fù)路面變形部分的彈性，進(jìn)而在一定程度上降低成型瀝青路面的永久變形。

4 結(jié)語(yǔ)

在山區(qū)公路較長(zhǎng)的上坡路段瀝青路面的車(chē)轍病害尤為嚴(yán)重，目前已經(jīng)成為山區(qū)公路眾多的典型病害之一，路面的使用壽命和行車(chē)的安全性受到了嚴(yán)重影響。通過(guò)對(duì)路面車(chē)轍的形成機(jī)理的詳細(xì)分析，并且針對(duì)不利的氣候和交通條件，可以從瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)、選擇原材料、施工質(zhì)量控制、控制路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)等方面，制定相應(yīng)的措施，進(jìn)而防治瀝青路面車(chē)轍病害的發(fā)生，進(jìn)而在一定程度上提高瀝青路面的抗車(chē)轍性能。

提高瀝青路面抗車(chē)轍能力的主要措施有：

①對(duì)集料的質(zhì)量加強(qiáng)控制，使用合格的集料。

②擇優(yōu)選用瀝青結(jié)合料，采用提高瀝青結(jié)合料的高溫穩(wěn)定性的方法，例如采用添加抗車(chē)轍劑或改性瀝青。

③優(yōu)化瀝青面層的級(jí)配和結(jié)構(gòu)，選擇抗車(chē)轍性能好的瀝青混合料，例如SMA 等。

④對(duì)混合料設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化。

⑤嚴(yán)格施工控制和管理。

⑥路政加強(qiáng)管理，嚴(yán)禁車(chē)輛超載。

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