瀝青混凝土路面抗車轍性能影響因素研究

摘要：隨著交通量和超載現象的不斷增加，以及外界環境的影響，瀝青路面早期病害也不斷增加。車轍是目前中國最常見的瀝青路面損壞形式之一，它不僅影響駕駛員行車的舒適性和安全性，而且加速了路面結構的破壞，降低了路面使用壽命。分析我國瀝青路面車轍的形成原因及其類型，通過相應試驗探討了現階段我國路面抗車轍性能的評價試驗方法及影響因素，并對減少車轍給出了相應措施。

關鍵詞：瀝青路面；瀝青混合料；抗車轍性能

0 " 引言

隨著交通強國戰略的提出，我國交通行業的發展進入了一個飛速發展時期。公路的總里程不斷增加，公路網的規劃進一步完善，使得居民的出行更加方便。但隨著我國交通量急劇增長以及大型運輸車輛超載現象增多，導致現階段瀝青路面在服役早期就出現了不同程度的病害。其中車轍是瀝青路面在服役過程中最為常見病害之一。車轍產生后，會降低路面的平整度，影響行車安全；路面出現車轍后，路面積水會滲入混合料內部，加速路面的破壞。且在冬季車轍處易積水結冰，進而影響行車安全[1]。特別是在城市道路的交叉口路段，常常由于運輸車輛超載，導致道路通車不久便出現車轍[2]。影響瀝青路面車轍形成的因素眾多且形成機理較為復雜，主要包括材料、設計、施工和外界因素等，為此如何有效控制車轍的發生，已成為國內外道路學者研究的一個熱點問題。

針對瀝青路面車轍的產生原因和評價方法以及改進措施，國內外學者對此已進行了大量的研究。繆群露[3]通過對不同瀝青用量、不同集料級配的車轍板進行車轍試驗，分析對動穩定度的影響，從而提出了新的量化指標。陳昱東等[4]對比國產車轍儀與美國APA路面分析儀、德國HWTD車轍儀的異同和優缺點，并對其適用性進行具體分析，提出了針對國產設備的改進方法。岳學軍等[5]通過試驗得出，與車轍試驗相比，相對變性指標、勁度模量等指標更能反應瀝青混合料的抗車轍性能，而傳統的動穩定度指標具有一定的局限性。楊軍[6]通過室內試驗和足尺實驗，得出中面層的設計和材料會對路面的抗車轍性能產生顯著影響。謝玲兒等[7]采用特殊模具制作試件，測得的動穩定度與混合料抗車轍性能具有較好的相關性。關宏信[8]利用改進的車轍試驗儀開展車轍試驗，得出路面結構的中面層對抗車轍性能具有較大的影響。

本文為研究路面抗車轍性能，分析了車轍的類型以及各類型車轍產生的機理、影響因素及評價方法，并基于現階段的一些道路新材料、新結構、新工藝，提出了防治瀝青路面車轍的措施。

1 " 瀝青路面車轍的類型及產生機理

1.1 " 車轍類型

瀝青路面車轍是指路面在行車荷載的反復加載作用下，由于瀝青黏彈塑性性質改變而產生的永久變形。根據車轍形成的機理可將其分為壓密型、結構型和失穩型。

1.2 " "三種類型車轍產生的機理

1.2.1 " 壓密型

我國早期規范的壓實標準是以路面壓實度來控制，早期規范中的壓實標準過低，在碾壓不充分的情況下通車，車輛的荷載作用，便會使瀝青路面出現再壓密型車轍。壓密型車轍只在車輪軌跡下有一定的下凹，而在車輪軌跡線兩邊沒有隆起，呈現“V”形[9]，如圖1a所示。

1.2.2 " "結構型車轍

結構型車轍主要是因為路面結構設計存在缺陷而造成的。一般來說，道路的基層或路基強度不足，會導致瀝青路面的基層甚至路基發生大幅度形變，從而引起面層變形。結構型車轍的一般較寬，主要呈“U”形，兩側不會出現推移隆高，如圖1b所示。

1.2.3 " 失穩型車轍

失穩型車轍主要是在夏季高溫行車荷載的作用下，瀝青混合料的抗剪切強度降低，瀝青混合料發生剪切變形。繼而隨著車輛荷載的作用，不斷積累，路面產生的殘余永久變形逐漸增加。一般這類車轍在車輪兩側會出現隆起，如圖1c所示。

2 " 瀝青路面抗車轍性能評價方法及影響因素

2.1 " 瀝青路面抗車轍性能的評價方法

現階段，國內外針對瀝青路面抗車轍性能的評價實驗方法，一般是在測量其永久變形的試驗上進行的，主要分為3類：第一類為室內試驗，其主要原理是用較小的車轍面板模擬瀝青面層，研究路面的變形行為。室內車轍試驗是目前最常用的抗車轍性能評價方法。第二類是是靜態或動態的蠕變試驗，其原理是基于用力學試驗的方法獲取瀝青混合料的相關參數，從而評價抗車轍性能的優劣。第三類是現場足尺寸試驗，主要是用加速加載試驗，來模擬真實路面結構下車輛荷載作用對車轍的影響規律[10]。

室內車轍試驗是我國現行規范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20-2011）評價瀝青混合料抗車轍性能的方法，該實驗主要的評價指標是動穩定度DS，其計算方法如下：

（1）

式中：DS為動穩定度（次/mm）；d1和d2分別為時間t1、t2時的變形量；C1、C2為常系數；N為試驗機往返碾壓速度。

規范中要求，不同地區瀝青路面施工過程中的動穩定度標準，表1為夏季炎熱區的瀝青路面動穩定度規范指標。

車轍試驗在一定程度上可以反應抗車轍性能，但由于車轍板試件偏小，所以僅靠車轍結果并不能很好的反應抗車轍性能，所以有學者在車轍實驗的基礎上提出車轍量預估模型，如式（2）和式（3）：

（2）

（3）

式中：Ra為浙青混合料層的永久變形量，單位為mm；Rai為第i分層的永久變形量，單位為mm；n為分層數；Tpef為瀝青混合料層永久變形等效溫度（℃）；N為設計使用年限內設計車道上當量設計軸載作用次數；hi第i層厚度，單位為mm；h0為車轍板厚度；R0i車轍試驗永久變形量；pi基于彈性層狀理論體系的瀝青層第i分層頂面的豎向壓應力，單位為MPa。

蠕變試驗可以反映瀝青混合料的蠕變參數，其主要依賴于Burgers模型，如圖2所示。它可以辨別不同瀝青混合料在相同荷載作用下的抗變形能力，繼而比較抗車轍能力，但缺少相關的量化指標。現場足尺試驗幾乎接近實際情況，但成本較高，難以普及。

2.2 " 瀝青路面抗車轍性能影響因素

影響路面抗車轍性能的因素主要可歸納為外部自然因素以及內部因素。

2.2.1 " 路面結構的影響

我國公路主要采用半剛性基層的路面結構設計，基層剛度大，變形較小。瀝青面層在一定厚度區間內時，路面的永久變形與厚度相關性較大，如圖3所示。由圖3可知，車轍板厚度越大，其抗車轍性能越好。

2.2.2 " 瀝青路面材料選用的影響

瀝青混合料是多種材料復合而成，性能極易受各組分材料性能的影響，從而影響路面的抗車轍性能，例如，礦料級配中細集料過多，容易產生失穩破壞。粗集料過多，則會使瀝青的黏結力下降，出現失穩破壞。這些都會導致車轍的產生[11]。不同混合料級配類型對應的抗車轍性能均有所差異，如表2所示。

不同的瀝青種類對路面抗車轍能力有很大影響，在夏季高溫時瀝青會變軟，從而容易產生車轍，如圖4所示。由圖4可以看出，改性瀝青混合料的抗車轍性能明顯好于基質瀝青混合料。

2.2.3 " 外界因素影響

重載超載現象會使路面出現結構或失穩型車轍。我國大部分地區夏季高溫，瀝青材料變軟，路面車轍變多。除上述因素外，施工質量低也會瀝青路面產生車轍。

3 " 提高瀝青路面抗車轍性能措施

根據瀝青路面車轍的類型、產生機理以及影響因素，提出了如下建議來提高路面的抗車轍性能：

3.1 " 科學設計路面結構

根據路面結構的設計類型，適當的選擇瀝青層的厚度，也可以通過設置高模量瀝青抗變形層、加鋪碎石過渡層等措施，來提升瀝青路面的抗車轍能力。

3.2 " 合理選擇路面材料

在設計瀝青混合料配合比時，需要考慮瀝青的黏度、集料粒徑與類型、瀝青與填料的黏附性。

3.3 " 加強路面運維管理

要嚴格限制超載車輛通行，避免加劇車轍的產生。同時加強道路監管和維護，定期巡視、檢查。

4 " 結束語

車轍病害已經成為我國現階段最為常見的路面病害之一，一旦瀝青路面出現車轍，會對瀝青路面的壽命和行車安全造成嚴重影響。本文分析我國瀝青路面車轍的形成原因及其類型，通過相應試驗探討了現階段我國路面抗車轍性能的評價試驗方法及影響因素，并對減少車轍給出了相應措施。科學設計路面結構、合理選擇路面材料、加強路面運維管理，可有效提高瀝青路面抗車轍性能。

參考文獻

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