浅谈沥青路面车辙形成机理与防治措施.doc

“沥青路面早期损坏机理与防治措施”课程作业（2015-2016学年第一学期） 浅谈沥青路面车辙形成机理与防治措施 姓名：王紫轩 班级：2015研4班 学号：0815123 浅谈沥青路面车辙形成机理与防治措施 摘要：对沥青路面车辙按形成原因进行了分类，根据沥青路而车辙形成的过程，分析了车辙形成的机理，针对车辙形成的机理，探讨了影响车辙的因素，并提出了一些有效防治沥青路面车辙产生的措施，以期提高道路的承载力，延长路面的使用寿命。关键词：沥青路面 车辙 机理 防治措施Abstract:Asphalt pavement rutting causes were classified according to the process .According to the asphalt road and rut formation mechanism analysis rut formation，the mechanism for the formation of ruts,we discusse the factors affecting rut, and proposes some effective prevention and control measures of asphalt pavement rutting generated to improving the road capacity, extending the life of the road.Key Words:Asphalt Pavement Rut Mechanism Prevention1.引言车辙是行车荷载重复作用下的沥青路面产生的不可恢复变形的累积及路面结构层在行车荷载作用下的压密推挤变形，是沥青路面最普遍的一种损坏形式。它是在高温条件下车辆荷载长时间作用和渠化交通作用的结果，车辙通常出现在车轮经常碾压的轮迹上，轮迹处逐渐产生下沉变形，表现为沿车轨迹产生两条纵向槽，严重车辙的两侧常伴有隆起变形。车辙严重影响路面的使用寿命和服务质量，给路面及其使用带来许多危害:影响路面平整度，降低行车舒适性；轮迹推移处沥青层减薄，削弱了沥青层及路面结构的整体强度，易诱发病害，如网裂和水损坏等；雨天路表排水不畅，降低了路面的抗滑能力，甚至会因车辙积水而导致车辆漂滑，冬天车辙内存水结冰，路面抗滑能力下降，影响行车安全；车辆超车或更换方向时易失控，影响车辆操纵的稳定性。据不完全统计，我国因车辙病害导致的维修占高等级公路维修的80%以上。近年来，由于大吨位车辆的增加和超载车辆的影响，特别是在坡陡弯急的山岭重丘公路和重型车辆较多的公路中，车辙推移病害发生率在50%以上，成为沥青路面病害的一大顽疾。2.车辙分类 1)磨耗型车辙。磨耗型车辙是由于沥青路面结构顶层的材料在车轮磨损和自然环境作用下，持续不断损失形成的。2)失稳型车辙。当沥青混合料的高温稳定性不足时，在外力作用下发生的车辙主要是失稳型车辙，也叫流变型车辙。这种变形的表现主要有两个方而：一方面轮迹部位下凹；另一方面车轮作用较少的车辙两侧反而向上隆起，在弯道处还明显向外推挤，车道线及停车线因此可能成为曲线。这种车辙一般都有剪切变形产生的两侧隆起现象，对主要行驶双车轮的路段，车辙断面呈W形；它尤其易发生在上坡路段、交叉口附近。3) 结构性车辙。结构性车辙是由于路面结构在车辆荷载反复作用下，产生的整体永久变形而形成的。这种变形主要是由路基变形传递到路面形成的。3.车辙产生机理3.1沥青混合料的后续压实沥青混合料在被碾压成型前是由骨料、细砂、沥青和空气组成的混合物，高温下处于半流动状态，由沥青与矿粉组成的胶浆被挤进矿料间隙中，同时骨料被强力排挤成具有一定骨架的结构。但经压实了的沥青混合料仍然存在空隙，完工交付使用后，由于车辆荷载长期反复作用，对沥青混合料起到进一步压密的作用。因此，在轮迹处形成车辙。3.2混合料的流动在高温状态下，沥青混合料是以黏性为主的半固体，在轮胎荷载作用下，沥青及沥青胶浆会产生流动，从而使混合料骨架失稳。这部分流动物质除填满混合料中的空隙外，还将随沥青自由流动，从而使路面承受荷载处因压缩而产生变形，形成车辙。3.3沥青混合料的结构性失稳变形处于半固态的沥青混合料，因沥青及胶浆在荷载及高温作用下首先流动，混合料中粗细骨料组成的骨架逐渐成为荷载主要承担者。随着温度的升高或荷载的增大及荷载的重复作用，加上沥青的润滑作用，硬度较大的矿料颗粒在荷载作用下会沿矿料间的接触面滑动，促使沥青及胶浆向其轮迹的法线方向流动，导致沥青路面结构失稳，形成车辙。3.4交通荷载条件车辆的渠化交通、重载车辆交通量的增加以及超载车辆轮载的加重，促使了车辙的形成。3.5气候与水文条件路面温度对车辙产生很大影响。在炎热地区，沥青路面在一定气温和日照作用下吸收大量热量，从而导致路面温度升高，沥青黏度呈对数级下降，沥青混合料抗变形能力下降，在大量交通荷载的作用下产生车辙。另外，残留在路面内的水分会大大降低结构层的强度和抗变形能力，极易导致过大车辙的产生。3.6路面基层的结构类型刚性或半刚性基层变形量非常微小，车辙主要产生在沥青路面面层内。3.7路面材料的性能与组成沥青混合料是一种黏弹性材料，其抗变形能力取决于矿料之间的嵌挤力与沥青与矿料的粘结力。因而沥青、矿料的性能和混合料的级配类型及组成都直接影响沥青路面的抗变形能力。3.8施工条件施工过程中材料的质量控制、材料级配的合理性、沥青混合料拌合的均匀性、拌合与摊铺的温度控制、碾压温度、压实度和层间的结合效果等都会影响路面的抗车辙能力。4.车辙的防治措施4.1设计阶段防治车辙的措施4.1.1混合料材料选择选择合理的矿料级配，提高嵌挤力；采用SMA结构，长大纵坡上坡路段中面层也采用SMA结构；采用高质量、高黏度的重交通道路沥青（A级）；采用低针入度、高软化点，低含蜡量的高粘度沥青，采用改性沥青；采用洁净、坚硬、表面粗糙、嵌挤作用好、形状接近立方体的、与沥青粘结性能强的粗、细集料，集料级配必须含有足够的矿粉，大尺寸集料必须具有较好的表面纹理和粗糙度，集料颗粒表面的沥青膜须具有足够的厚度，确保沥青与集料问的粘聚力；采用机制砂；控制天然砂用量不超过20%。4.1.2沥青路面结构组合在沥青路面结构组合设计时，可采用沥青稳定碎石基层+半刚性基层组成的混合式基层，沥青层厚度由原来的15cm增加至18 cm-22cm，可有效降低半刚性基层的疲劳应力水平和其层间的剪切应力，从而提高了沥青路面整体抗车辙能力。4.1.3特殊路段特殊设计加载速率对车辙的形成具有显著的影响，车速越慢，对于同一点的荷载作用时间就越长，对于处于黏弹性状态的沥青混合料的蠕变变形，也就越大。长大上下坡路段(因减速或制动)的车辙往往要比平缓路段严重的多。在高热地区，应尽量避免设置长大纵坡路段，改为桥梁、隧道方案；应尽量减小纵坡，控制坡长。对于重车较多，坡度较陡的路段，沥青混合料要进行特殊设计，采用比正常路段更高抗车辙性能的混合料。4.1.4加强中面层抗车辙性能研究表明，高温季节时，沥青面层中最高温度位于顶面下9cm左右，最大车辙发生在顶面以下5cm-10cm处。而我国高速公路建设中一般只重视上面的抗车辙性能，只在上面层使用改性沥青，致使中下沥青面层变形成为车辙发生的主要原因。这在许多高速公路路面大修时，沥青面层的横断面中得到证实。因此应加强中面层的抗车辙性能，在中面层改性沥青或者添加抗车辙剂等，并对中面层提出动稳定度要求。4.1.5重视层间结合沥青路面的结构设计以弹性层状体系理论为基础，结构层之间完全连续是一个整体，只有这样才能符合完全连续的界面条件。如果几层沥青层没有粘结好，在使用过程中进入水分，则沥青层与沥青层之间或者沥青层与基层之间的界面条件将变成不完全连续，甚至完全不连续，导致沥青路面的受力状态发生质的变化。因此，各沥青层之间必须喷洒粘层油，沥青层与基层之间要做好封层，喷洒透层油。4.2施工阶段防治车辙的措施4.2.1采用骨架(嵌挤)型级配选用沥青混合料中矿料的级配类型对沥青混合料的高温性能有着至关重要的影响，骨架(嵌挤)型结构的高温性能要优于密实型级配。沥青混合料中，粗集料的适度增多有利于提高其高温稳定性。因此，在施工过程中要将级配曲线调整成“S形，采用嵌挤密实型级配。4.2.2控制沥青标号和用量低标号沥青混合料比高标号沥青混合料的高温性能要好，沥青用量略低于设计用量有利于沥青混合料高温性能的提高。在实际施工过程中，应根据各地气温的不同，选用不同标号的沥青。沥青用量允许误差应由0.3缩小为0.2，并注意规范建议的“对炎热地区公路以及高速公路、一级公路的重载交通路段，山区公路的长大坡度路段，预计有可能产生较大车辙时，宜在空隙率符合要求的范围内将计算的最佳沥青用量减小0.1%-0.5%作为设计沥青用量”。4.2.3严格控制矿料质量必须严格控制粗集料的针片状含量，如果针片状含量过大，在行车作用下，极易发生级配退化，加速车辙的发生。选用酸性粗集料时必须通过添加沥青抗剥落剂、消石灰或两者综合使用的措施提高混合料的水稳性。细集料的含泥量对路面的高温稳定性有着很大的影响，会降低高温抗车辙性能，另外0.075mm通过率偏高会导致粉胶比偏高，当粉胶比高于1.6时，高温抗车辙性能迅速下降。因此，施工中的石屑一定要除尘，并控制0.075mm通过率，禁止使用回收矿粉。4.2.4严格控制压实度严格控制压实度是减少压密型车辙的主要措施。施工中采用重型轮胎压路机反复揉搓碾压，控制空隙率不小于3%，不大于7%-8%，使压实度达到规范的要求，提高路面的密水性。集料要掌握好拌合温度和拌合时间，运输装卸过程中严格按规范操作；摊铺过程中要注意采用两台摊铺机前后作业，减少混合料不均匀、离析，不得为了追求平整而采用1台机摊铺的方式；要注意掌握好碾压节奏和遍数，防止重复碾压和漏压，并且速度、振幅均匀一致，防止忽快忽慢和忽轻忽重。在混合料碾压时，要坚决杜绝追求平整度而忽视压实度的现象。4.3运营阶段防止车辙的措施每到夏季高温季节，行车道在超限超载运输车辆的作用下，不断发生严重的车辙破坏，因此在运营阶段采取必要措施，减少高温季节车辙的发生极为重要。4.3.1实行高温时段车辆管制措施公路管理部门与公安部门协调，综合治理超载超限车辆，合理控制重载车行车时间，采取高温时段禁止重载车通行的措施。开辟超载超限运输车辆的通行时间段，强化高速公路的低速限制与管理力度，使高速公路行车速度不低于50km/h。4.3.2添加抗车辙剂为了有效解决沥青路面的车辙问题，积极大胆借鉴先进经验，运用新材料提高沥青混合料的抗车辙性能。国内公路建设、施工、养护、研究部门做了大量工作，积极引进能显著改善沥青混合料高温性能和提高路面抗车辙能力的材料，其中以法国的PR PLASTS添加剂和德国的DUROFIEX添加剂使用最为广泛。实践证明，在沥青混合料中添加PR PLASTS和DUROFIEX添加剂后，沥青混合料的高温抗车辙能力明显提高，车辙的处理结果取得了明显的效果，不仅路面的使用质量得到了很大提高，而且延长了路面的使用寿命。并且，该抗车辙剂使用简便，无需增加施工工序，使用少量便能获得良好性能。因此，高温地区重交通高等级公路沥青路面、重载车较多的地区及上下坡路段添加抗车辙剂将有非常明显的社会与经济效益。4.3.3加强预防性养护车辙发生后，司机为了保持行驶平稳，会尽量减少变道行驶，因而会加重渠化交通，从而加大车辙深度，形成恶性循环，此车辙发生初期，就必须加强预防性养护，及时修补车辙，例如采取微表处等预防性措施。5.结论 沥青路面车辙病害的产生是多种因素作用的结果，除了与沥青路面的设计有关，车辆荷载过大、纵坡坡度和行车速度也有较大的影响。车辙、推移病害给公路使用和养护造成很大的经济损失，在设计、施工过程中应进行合理的预防、控制，可以克服车辙或使之减少到最小程度，加强初期养护，在病害出现的初期采取合理措施对预防车辙有良好的效果。参考文献：（1） 沈金安，沥青及沥青混合料路用性能M，北京:人民交通出版社，2003。（2）肖庆一，苗少权等，添加PR PLASTS抗车辙剂沥青混合料试验研究J, 武汉理工大学学报，2006(7)。（3） 沙庆林，高速公路沥青路面早期破坏发现及预防M，北京:人民出版社，2001。 （4） 沈金安等，高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策M，北京:人民交通出版社，2004。（5） 吴芳，论沥青混凝土路面车辙病害及防治措施，企业家天地，2011。（6） 公路沥青路面施工技术规范，(JTGF40- 2011)（7）邓学钧等，路基路面工程M，北京:人民交通出版社，2008。（8）王家主，吴少鹏.沥青路面车辙影响因素的研究J武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2006,30(3):463-466。（9）丛培良，余剑英，吴少鹏等,影响沥青混凝土路面车辙因素分析J，石油沥青，2007 ,21(4):48-52。（10）陈燕，高等级公路车辙产生的原因及处理措施J,山西