瀝青路面抗車轍性能強化技術分析

戚振中

摘 要：車轍是瀝青路面最為常見的病害，車轍的產生削弱了路面結構的整體強度，影響到了車輛的行駛舒適度，更有甚至會威脅行車安全。為此本文針對瀝青路面的抗車轍性能展開研究，首先分析了車轍形成的過程和機理，闡述了車轍的影響因素，最后還有針對性的提出了相應的強化措施。

關鍵詞：瀝青路面;抗車轍性能;機理;強化技術

中圖分類號：U414 文獻標識碼：A

0 引言

對于壓實度較小的瀝青路面，在剛剛進行交通開放時，壓密變形會占據(jù)主導的地位，形成較多的壓密車轍。而對于這種車轍，如果能夠在施工的過程對壓實度進行嚴格的控制，就能夠有效的減小甚至防止壓密車轍的產生[1]。但是當基本上完成了壓密變形之后，在車輛荷載的作用之下，一旦路面結構內所產生的剪應力超過了材料的抗剪強度，就會出現(xiàn)剪切流動變形。變形經過長期的累積，就會形成了永久變形。對于車轍形成的整個過程中，其中剪切變形占據(jù)了主要的地位。

1 車轍形成過程及機理

1.1 車轍形成過程

瀝青混凝土路面車轍的形成大體上可以劃分為三個階段，分別為瀝青的壓密過程、混合料的流動過程以及礦質骨料的重排和骨架破壞過程。首先在第一個階段，由于瀝青混合料是由礦料、瀝青等組成的松散混合物。經過一系列的碾壓，混合料會被壓密，但是在汽車荷載的作用之下，壓密過程還會進一步的發(fā)展，在輪胎的作用下還會形成不可恢復的變形[2]。當壓密所導致的永久變形完成時，在高溫的作用下，瀝青混合料半固體狀態(tài)，此時在輪胎荷載的作用之下，瀝青以及瀝青膠漿就會呈現(xiàn)出流動狀態(tài)，而瀝青混合料也就會由于流動所導致的變形逐步的累積從而形成了車轍。在高溫的作用下，瀝青以及瀝青膠漿會首先進行流動，其中骨料所組成的骨架就會承擔了主要的荷載，同時由于瀝青的潤滑作用，使得硬度較大的顆粒就會向礦料間的接觸面所滑動，而瀝青和瀝青膠漿就會流向富集區(qū)，從而流向混合料自由面。

1.2 車轍形成機理

之所以有車轍形成，其中材料原因是主要的原因。瀝青混合料是由石質骨料與瀝青膠體所組成，是一種復合材料，也是一種較為典型的粘彈塑性體。在外荷載的綜合作用下，瀝青混合料的應力以及應變就會呈現(xiàn)出一種較為復雜的狀態(tài)。而且在低溫以及瞬時荷載的作用之下，瀝青混合料又會以彈性變形作為主導地位。在高溫的作用下，通常會變現(xiàn)出粘性流動。對于瀝青混合料的變形通常具有較為特殊的特點，主要表現(xiàn)為應力應變曲線不可逆性，而且并沒有顯著的屈服點，而且該混合料具有較為明顯的蠕變以及應力松弛特性。瀝青混合料的變形特性能夠通過蠕變試驗得到形象的描繪。材料所產生的瞬間彈性其中一部分能夠恢復，而剩余的一部分無論經過多久的時間，其剩余的塑性應變以及粘塑性應變均不能夠恢復，而這部分永久性的變形經過反復的積累，在宏觀方面就變現(xiàn)為了瀝青路面的車轍[3]。

2 車轍影響因素

對瀝青路面形成車轍的影響因素，經過歸納總結主要表現(xiàn)在三個大方面，其一為內因，具體體現(xiàn)在材料自身的性質;外因主要體現(xiàn)在氣候和交通條件兩個方面;而其他因素則主要指的是路面的結構組成以及施工質量對車轍所造成的影響。而在內因、外因以及其他因素共同綜合作用，幾種作用相互疊加作用就會對瀝青路面車轍產生影響。

2.1 內因影響

（1）瀝青性質的影響。針入度、粘度、軟化點、蠟含量是影響瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的重要指標。針入度反應了瀝青粘度隨溫度的變化幅度。瀝青的針入度越大，對于結合料的粘結能力也就會越小，瀝青的抗車轍性能也就會變現(xiàn)的越差。軟化點主要表現(xiàn)為兩個方面，其一是實測軟化點，其二為當量軟化點，相對而言當量軟化點能夠充分的反映出結合料的高溫抗車轍性能[4]。軟化點越高，瀝青的等溫粘度也就越高，混合料的高溫穩(wěn)定性也就越好。在溫度和加載速率相等的情況下，瀝青的粘度越大，其與石料的粘附性能也就越好，其產生的抗剪切變形能力也就會越強，從而會使得瀝青混合料的抗車轍性能就會越高。瀝青中的含蠟梁式影響瀝青性能的一項重要指標，當含蠟量越高，蠟的熔融會引起瀝青粘度的明顯降低而使混合料失穩(wěn)。在目前，為了進一步的改善瀝青混合料的路用性能，通常會在瀝青中添加一定量的聚合物或者橡膠粉，通過改善瀝青的結構力學性能，從而來提高瀝青混合料的抗變形能力。（2）瀝青用量的影響?；旌狭系呐浜媳纫彩怯绊憺r青混合料的重要因素。其中一方面包括了瀝青自身的含量，另一方面還包括了礦粉的用量以及粉膠比。當?shù)V粉處于合適的含量時，一旦瀝青的用量減少就會使得集料表面的瀝青膜變薄，瀝青混合料整體會呈現(xiàn)出干枯的狀態(tài)，從而缺乏足夠的粘結力，使其強度較低、穩(wěn)定性較差。但是一旦瀝青的用量過大就會瀝青膜的厚度增加，潤滑能力會隨之增強，同時也會更加容易滑動移位，最終會導致其高溫穩(wěn)定性降低。當確定了瀝青的用量，礦粉就會對瀝青膜的厚度產生影響，從而會影響礦料之間的粘結力，礦料之間也會產生滑動變形。因此對于瀝青混合料的配合比需要通過試驗而進行精確的確定。（3）集料性質的影響。集料對瀝青混合料的影響主要體現(xiàn)在嵌擠作用，而該作用又主要由集料的級配以及表面特征所決定，通常選用堅硬的或者棱角較多的集料更有利于提高混合料的高溫穩(wěn)定性。采用粒徑大、接近立方體的堅硬碎石能夠提高瀝青的抗車轍性能。礦粉的比表面積較大，選用石灰?guī)r軋磨的礦粉配制的瀝青混合料其耐熱性較好。此外堿性石料與瀝青的粘附性較好，可以提高瀝青混合料的抗變形能力。（4）級配類型的影響。礦料級配能夠影響礦料顆粒之間的嵌擠力以及密實度，從而在很大程度上來影響路面的抗剪強度。相關的研究顯示，瀝青混合料的高溫抗車轍性能由一大部分因素來源于級配嵌擠作用，僅有少部分是瀝青結合料發(fā)揮作用。（5）空隙率的影響?？障堵市枰x取合適的值，空隙率過大或者過小對加劇車轍的形成。空隙率過大，在車輪的反復碾壓之下，會使得空隙率有所減小，從而形成壓密型車轍;當空隙率過小，瀝青在受到高溫作用之后，就會發(fā)生膨脹，但此時并沒有膨脹的余地，從而會導致瀝青的混合料被瀝青所擠開，嵌擠力降低，與此同時由于溫度的升高，瀝青的粘度也會隨之降低、潤滑作用增強，抗變形能力也就會隨之降低。

2.2 外因的影響

（1）交通條件的影響。交通條件主要體現(xiàn)在荷載、車輛的行車速度、車流渠化等幾個方面。較大的車流量以及超載車輛都會顯著的加劇車轍的形成。（2）環(huán)境溫度的影響。環(huán)境的影響主要指的是溫度、日照、風、雨等幾個方面。其中歸納總結起來，其主要的原因可以劃分為溫度和濕度兩個方面。

2.3 其他因素的影響

其他因素主要指的就是在施工過程中對質量的控制，一方面是對材料質量的把控，另一方面則是對施工作業(yè)質量的把控。施工的壓實溫度、壓實度、每層瀝青之間的潔凈度、粘結效果都會對路面抗撤職的能力產生影響。對于同一條高速公路在不同的標段，其車轍狀況往往也就會呈現(xiàn)出較為明顯的差異，而其主要就是由于施工的質量所引起的，其中最為主要的還是對空隙率的控制，也就是對壓實度的控制。

3 車轍防治對策

車轍的產生不僅會影響車輛行駛的舒適度，更甚至會對安全留下隱患，同時還會縮短道路的壽命，因此為了能夠更好的防治車轍的產生，提高道路的使用壽命，需要結合車轍的影響因素，分別從設計、施工、運營幾個階段來提出相應的防治措施。

3.1 路面結構設計及材料設計

在設計階段主要是通過對路面結構以及材料配比進行優(yōu)化而實現(xiàn)對車轍的防治的。其中一方面需要改進模量設計參數(shù)，在傳統(tǒng)中我國對混合料的模量常采用參數(shù)通常采用的就是抗壓回彈模量，改模量并不能夠完全的反映出車輪的實際受力狀況;因此在設計的過程中需要逐漸向動態(tài)試驗模量轉變，用動態(tài)試驗模量來逐漸替代靜態(tài)模量。另一方面需要來增加放映抗車轍性能設計的指標，除了現(xiàn)行常用的回彈彎沉值、層底拉應力等指標之外，還應當參考國外的設計規(guī)范，增加反應路面車轍的設計指標，盡可能的減少車轍病害。修正車轍試驗條件，根據(jù)實際的情況，在長陡坡、溫度高、荷載大路段使用更高溫度、更大荷載的試驗條件作為參考值。此外還應當選擇高溫抗變形能力強的瀝青材料與級配。

3.2 施工質量及管理

在施工的過程中首先需要確保試驗數(shù)據(jù)的真實有效，對于特殊的路基處需要嚴格進行監(jiān)控?；旌狭系哪繕伺浜媳仍O計、生產配合比設計、生產配合比驗證需要找到材料類型、性能、經濟各方面的一個平衡點。在施工拌和、攤鋪、壓實過程中需要嚴格的控制溫度。此外還需要控制好壓實度、均勻度、平整度等，協(xié)調好平整度與壓實度之間的關系，力求達到最好的抗車轍性能。最后也是最為重要的一點就是要制定完善的路面施工質量管理系統(tǒng)，從而保證施工的科學性。

3.3 道路運營期管理

經過以上的分析可知，溫度和荷載是影響瀝青抗車轍性能的兩大重要因素，所以在運營的過程中需要嚴格的控制車輛的超載問題，需要結合交通、公安、汽車、運輸?shù)榷鄠€部門，通過技術和政策兩個方面進行結合，從而達到控制的目的。此外還可以根據(jù)氣象部門的高溫預警，對于高溫時段，定時對路面進行灑水降溫處理，降低路面的溫度，延緩車轍的形成。另外還可以在高溫天氣采取管制措施，尤其是對于重載貨車的控制。

4 結語

綜上，文章對瀝青路面車轍的形成機理以及形成的過程展開了詳細的闡述，此外還從內因、外因以及其他因素等幾個方面分析了影響瀝青混合料的抗車轍性能影響因素。最后文章針對在設計、施工以及運營這幾個階段，提出了每個階段的控制措施。

參考文獻：

[1]路進.公路瀝青路面病害與養(yǎng)護處理分析[J].智能城市，2021（9）：93-94.

[2]張敏.瀝青路面車轍損壞成因及防治對策研究[D].華南理工大學，2012.

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[4]曹明明，陳金蓉，張洲洋，等.高速公路瀝青路面技術狀況評價指標分析[J].公路與汽運，2021（2）：155-160.