车辙防治方法分析

1、5.5 车辙防治方法分析 车辙是目前高速公路沥青混凝土路面的主要损坏类型，车辙的防治已逐渐成为沥青混凝土路面寿命设计中一项重要的独立设计指标，对沥青混凝土路面车辙防治进行深人研究，改善沥青混凝土路面质量，已成为当前路面研究的重点。为了有效防治高速公路沥青混凝土路面的车辙病害，常采用的车辙防治技术有三种：(1)混合料的级配设计方法；(2)改性沥青方法；(3)外掺剂方法。 5.5.1 混合料的级配设计方法 沥青混凝土路面车辙的产生主要是由于混合料高温时的抗剪强度不足或塑性变形过剩，而矿质集料在沥青混合料中的分布情况与混合料的抗剪强度有密切关系，颗粒变化会影响混合料级配，矿料的粗度、形状和表面粗糙度

2、都影响着混合料的抗剪强度，这是因为颗粒形状及其粗糙度在很大程度上决定着混合料压实后颗粒间相互位置的特性以及颗粒间有效接触面积的大小。因此，级配类型对混合料的高温性能有着至关重要的影响，选择合理的级配类型有利于防止路面车辙的产生。 通常情况下，具有多棱角、各方向尺寸相差不大、近似正方体以及明显细微凸出的粗糙表面的矿质集料，在碾压后能相互嵌挤锁结而具有很大的内摩擦角，从而混合料具有很强的嵌挤力。在其他条件相同的情况下，矿料颗粒越粗，混合料的内摩擦角就越大，其嵌挤力越强，抗车辙性能越高。但这种方法无疑是把“双刃剑”，在提高沥青混合料高温稳定性的同时，却增大了施工难度，而且在拌和过程中混合料易离析，从

3、而降低了混合料的低温稳定性及水稳定性。 因此，在沥青混凝土路面施工过程中要优先采用S型紧密嵌挤型级配或SMA间断级配，如表5-13所示。配合比设计采用GTM方法或SUPERPAVE方法，增大其成型压力，增加马歇尔击实次数，并按公路沥青路面施工技术规范(JTGF 402004)进行马歇尔试验及各项配合比设计榆验。表5-13 级配类型表S型紧密嵌挤型级配减少了最粗部分和最细部分粗、细集料的用量，增加了中粗集料的用量，使集料的嵌挤能力增加，从而有效地提高抗车辙能力。SMA间断级配粗集料的比例达到80，混合料的嵌挤作用是其他混合料无法比拟的，在国内得到广泛的应用。 s型紧密嵌挤型级配在组成原理上介于悬

4、浮密实与骨架密实之间，当中粗集料接近间断时，级配接近SMA混合料，改善了级配连续性，在一定程度上有利于抑制施工过程中的离析现象，并减少了混合料对纤维素的依赖性。对一般级配与S型紧密嵌挤型级配的混合料进行车辙试验和马歇尔稳定度试验，比较两种级配的性能，表5-14列出了三种不同的级配，级配曲线如图5-18所示，表5-15所示是试验结果。表5-14 不同的混合料级配级配通过率()编号1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075110093.780.554.226.114.69.97.45.94.3210094.274.149.735.520.312.58.574.7310

5、097.181.551.735.123.816.19.87.15.3级配上限100906838241510754级配下限100100856850382820158图5-18 不同级配曲线图表5-15 试验结果 试验级配 马歇尔稳定度MS(kN)流值FL(mm)动稳定度(次mm)级配l14o63.045000级配215.822.885374级配319.312.435918根据表5-15绘制马歇尔试验及车辙试验的结果图，见图5-19及图5-20。图5-19 马歇尔试验结果 图5-20 车辙试验结果 从图5-19和图5-20中看出：级配3的马歇尔稳定度和动稳定度比级配1 与级配2的结果都大，且流值最

6、小，即混合料的变形量小，说明S型紧密嵌挤型混合料级配要比一般混合料级配的性能好。因此，优先考虑使用S型紧密嵌挤型级配是很有必要的。 5.5.2 改性沥青法 沥青作为混合料的胶结料，其品质和粘度是影响沥青混合料抗车辙性能的主要因素。为了提高沥青混凝土路面的高温稳定性并延长其使用年限，。在沥青材料的技术性质方面，就要提高沥青的流变性能、改善沥青与集料的粘附性、延长沥青的耐久性，需要对沥青进行改性。 现通过对比SBS改性沥青混合料和AH-70基质沥青混合料马歇尔试验、车辙试验和冻融劈裂试验结果如表5-16所示来分析。表5-16 混合料试验结果 试验结果沥青型号马歇尔稳定度MS(kN)流值FL(姗)动

7、稳定度(次mm)冻融前强度(MPa)冻融后强度(MPa)TSR()SBS15.742.7458331.311o983.2AH-7011.813.0313040.890.7382O规范值SBS81.54.5240080AH-7081.54.5800 根据表5-16绘制试验结果与沥青混合料之间的关系图，分别见图5-21、图5-22及图5-24，其中，图5-23为车辙试验中车辙随时间变化的变形曲线，图5-25和图5-26为冻融劈裂试验中试件在冻融前后的劈裂变形曲线。图5-21 马歇尔试验结果图5-22 车辙试验结果图5-23 车辙试验混合料变形曲线图图5-24 冻融劈裂试验结果 图5-25 冻融前试

8、件变形曲线 图5-26 冻融后试件变形曲线 从图5-21、图5-22和图5-24可以看出：SBS改性沥青混合料的马歇尔稳定度较AH-70基质沥青混合料大，增长了33.3，动稳定度提高了3.47倍，冻融劈裂强度比也有一定提高。从图5-23图5-26中看出：在相同的试验条件下，SBS改性沥青混合料的形变明显小于AH-70基质沥青混合料，说明采用SBS改性沥青对混合料的路用性能起到了改善作用，特别是高温稳定性。 虽然SBS改性沥青改善了混合料性能，但是SBS改性沥青本身还存在一些问题： (1)制备SBS改性沥青需要专用设备，而且SBS改性剂与基质沥青的相溶性仍是一大难题； (2)制备改性沥青需要较高

9、的温度，因而容易使沥青老化，降低其使用性能； (3)制备好的改性沥青储存时间短，在储存罐中需要不断地搅拌； (4)在运输途中和储存过程中会出现离析现象； (5)使用SBS改性沥青将增加工程造价。 由此可以看出，采用改性沥青虽然提高抗车辙能力，但是推广受到一定的限制。 5.5.3 外掺加剂法 外掺的抗车辙剂与混合料级配设计方法和改性沥青方法相比解决车辙的问题时，抗车辙剂在改善沥青路面车辙中存在着以下优势，如表5-17所示。表5-17 抗车辙剂优势一览表优势备注功能强大抗车辙剂在掺量较低时。能明显增强沥青混合料的抗高温抗车辙、抗低温开裂性能，并能改善其抗水损坏性能等，其中，对高温性能的改普作用尤为

10、明显耐久性强抗车辙剂添加到沥青混合料当中后，在集料与沥青的界面上会发生一系列的反应，可使集料表面的油膜厚度加大，沥青胶体结构的整体强度增加，从而提高沥青混合料的整体耐久性能环保性好抗车辙剂沥青混合料的加工和生产过程中不产生任何有害物质或其他技术问题，对存储条件没有特殊要求，品质保证时间久拌和及施工工艺简单不需添加沥青改性设备，不用考虑与沥青的相容性问题及离析等目题，生产过程中直接添加到拌和锅中，只需适当延长拌和时间和提高施工温度经济性好经济性方面，抗车辙剂沥青混合料初期投资偏大，但它可以通过防止早期破坏、减少养护维修，延长道路的使用寿命，使用户费用减小到最少而得以回报，从总投资费用来看，比普通

11、沥青路面或常规改性沥青路面还要节省经过对比分析，选取外掺抗车辙剂和未掺加抗车辙剂的沥青混合料性能进行试验，结果如表5-18所示。表5-18 掺加抗车辙剂和未掺加抗车辙剂的沥青混合料试验结果 试验混合料类型 马歇尔稳定度MS(kN)流值FL(mm)动稳定度(次mm) 掺加车辙剂18.863.4514318未加车辙剂15.753.661607 根据表5-18绘制掺加抗车辙剂后混合料马歇尔稳定度试验及车辙试验的结果图，见图5-27及图5-28，其中，图5-29为车辙试验的试验曲线图。表5-27 掺加抗车辙剂和未掺加抗车辙剂的沥青混合料马歇尔试验结果表5-28 掺加抗车辙剂和未掺加抗车辙剂的沥青混合料

12、车辙试验结果图5-29 车辙试验混合料变形曲线图 从图5-27、图5-28可以看出：掺加抗车辙剂的沥青混合料的马歇尔稳定度和动稳定度比未掺加车辙剂的混合料高，马歇尔稳定度提高了19.7，添加抗车辙剂的沥青混合料动稳定度远远大于未添加的沥青混合料，虽然流值的变化不明显，但掺加抗车辙剂的混合料形变量减小了；从图5-29中看出：在相同条件下，掺加抗车辙剂的沥青混合料形变量明显要小。试验表明沥青混合料外掺抗车辙剂可以显著改善沥青混合料的高温抗车辙能力，并且不会降低沥青混合料的低温稳定性及水稳定性等性能。但是，外掺抗车辙剂在与混合料搅拌时，由于延长了拌和时间，提高了集料烘干温度，导致生产能力下降。因此，

13、采用外掺抗车辙剂方法预防车辙的形成是一种简便合理的，但须对剂沥青混合料路用性能和施工工艺做进一步分析。5.6 车辙防治对策确定 通过对车辙防治方法的分析，结合国内外研究成果，得到最常用的车辙防治对策是改善混合料级配技术、采用改性沥青技术和外掺抗车辙剂三种技术，如表5-19所示。表5-19 车辙防治技术对比 方法对比条件改善混合料级配设计采用改性沥青掺加抗车辙剂经济性投资小增加工程造价前期投资大，总投资小施工便利度拌和过程中混合料易离析需要专用设备、施工温度高，贮存时间短拌和时间长、施工温度较高改善效果提高了高温稳定性，降低了低温稳定性及水稳性提高了高温稳定性及低温稳定性提高了高温稳定性、低温稳

14、定性及水稳性 表5-19从经济性、施工便利度和改善效果三个方面对比了三种车辙防治方法的优劣。改善沥青混合料级配设计技术的经济性很好，投资比较小，但是在拌和的过程中，混合料容易离析，虽然提高了混合料高温稳定性，同时也降低了其低温稳定性及水稳定性；采用改性沥青技术对混合料的高温稳定性和低温稳定性有所改善，减缓了路面形成车辙的速度，延长了沥青混凝土路面的使用寿命，但是改性沥青的制备需要专用设备，而且改性沥青的储存时间短，在储存过程中还需要不断搅拌，增加了工程造价；与前两种方法相比，外掺抗车辙剂技术的适用性比较广，虽然其前期投资较大，但掺加抗车辙剂后沥青混合料的高温稳定性能显著提高，而且低温稳定性以及

15、水稳定性也相应提高了，大大延长了道路的使用寿命，减少了道路的维护、维修费用，从长远来看，其总投资比较小，只是在拌和时需要适当延长拌和时间及提高施工温度。 现在通过在集料、级配和最佳油石比相同的情况下，对4种AC-20型沥青混合料做平行试验，分析其抗车辙性能，沥青混合料类型如表5-20所示，抗车辙剂的掺量均为4，混合料最佳油石比为4.2，试验结果如表5-21 所示。表5-20 混合料类型混合料类型车辙剂掺量AAH-70沥青BSBS改性沥青CAH-70沥青+4抗车辙剂DSBS改性沥青+4抗车辙剂表5-21 试验结果对比 试验结果混合料类型马歇尔稳定度MS(kN)流值FL(mm)空隙率()动稳定度(

16、次mm)冻融前强度(MPa)冻融后强度(MPa)TSR()A11.922.744.313040.890.7382OB14.843.334.758331.3l1.0983.2C18.263.844.386301.581.3283.5D19.073.584.5100001.351.1383.7规范值81.54.53680 根据表5-21绘制试验结果的关系图，分别见图5-305-33所示，其中图5-32为车辙试验中混合料的车辙变形曲线。图5-30马歇尔试验结果图5-31 车辙试验结果图5-32 混合料车辙试验变形曲线图5-33 冻融劈裂试验结果从图5-30图5-33可以看出：四种混合料的马歇尔稳定度、流值、空隙率、冻融劈裂强度比均符合规范要求，马歇尔稳定度及60动稳定度最大的是在SBS改性沥青混合料中掺加4航车辙剂的沥青混合料，其次是掺加抗车辙剂的沥青混合料，最小的是未掺加抗车辙剂的沥青混合料