沥青路面车辙测试方法探讨

沥青路面车辙测试方法探讨

【摘要】当前，沥青路面在我国我国高速公路的建设中使用的越来越广泛，车辙问题是困扰我国沥青路面公路的重要原因之一。本文首先阐述了沥青路面车辙的形成机理和影响沥青路面车辙的因素，最后对沥青路面车辙的测试方法进行了研究，通过一个实例，说明了沥青路面车辙的测试方法。

【关键词】沥青路面；车辙；测试方法

近十五年来，我国的公路建设，特别是高速公路建设跨入一个前所未有的时代。中国高速公路建设仅用了10年多的时间，就走过了发达国家一般需要40年才能走完的道路。截止2010年，全国高速公路通车里程将达到6.5万公里，高速公路的通车总里程仅次于美国的8.9万公里。

我国高等级公路的路面结构中，95％以上的路面采用了沥青路面，许多路面在通车后不久就出现了泛油、坑槽、车辙、开裂等病害现象，现在最为严重的就是车辙损坏[1]。车辙是沥青混凝土路面特有的一种破坏形式，表现为沿行车轨迹产生纵向的带状凹槽，严重时车辙的两侧会有隆起变形。随着高等级公路的迅速发展，研究沥青混凝土路面的车辙问题就显得尤为重要。

1.沥青路面车辙形成的机理

1.1压密过程

沥青混合料在被碾压成型前是由骨料、沥青及空气组成的松散混合物，经碾压后高温下处于半流态的沥青及由沥青与矿粉组成的胶浆被挤进矿料间隙中，同时骨料被强力排列成具有一定骨架的结构。碾压完毕交付使用后，当汽车荷载作用时，此密实过程还会有进一步发展。

1.2沥青混合料的流动

高温下的沥青混合料处于以粘性为主的半固体，在轮胎荷载作用下，沥青及沥青胶浆便产生流动，从而使混合料的网络骨架结构失稳。这部分半固态物质除部分填充混合料空隙外，还将随沥青混合料自由流动，从而使路面受载处被压缩而变形。

1.3矿质骨料的重新排列及矿质骨料的破坏

高温下处于半固态的沥青混合料，由于沥青及胶浆在荷载作用下首先流动，混合料中粗、细骨料组成的骨架逐渐成为荷载主要承担者，再加上沥青润滑作用，硬度较大的矿料颗粒在荷载直接作用下会沿矿料间接触面滑动，促使沥青及胶浆向其富集区流动，以致流向混合料自由面，特别当骨料间沥青及胶浆过多时，这一过程会更加明显。

由上分析可知，引起沥青混凝土永久变形的主要原因是剪切变形。所以研究沥青混合料的稳定性则主要是研究沥青混合料在高温下抗流动变形的能力。沥青混凝土路面出现车辙和变形的原因很多，因为沥青混合料不稳定，行车对基层压实成型后的沥青混合料进一步压实，轮迹对路面的过分磨耗，以及在载重车车道、公共汽车站和交叉口的超载作用，高温作用等，沥青混凝土路面均会出现车辙和变形。下面对影响沥青混凝土路面车辙的因素进行探讨。

2.影响沥青路面车辙的因素

沥青路面在缓慢移动或重交通作用下会产生变形并留下永久性的微变形。随着时间的推移，这些微变形会积累并产生车辙现象。车辙随交通荷载的增大而增加。车辙是沥青混凝土路面沿轮迹纵向方向的凹陷，主要来源于路面各层的永久变形。常常由于交通荷载的作用，材料的侧向移动而引起。影响沥青路面车辙的因素很多，归纳起来可分为内因、外因及其他。内因主要包括：集料种类及性质、沥青结合料种类及性质，混合料不同结构和性能等；外因主要包括交通条件和气候条件；其他因素则指路面基层和施工质量对路面车辙的影响。

2.1集料

（1）集料的级配。通常认为，沥青混合料的高温抗车辙能力60％是依靠集料的嵌挤能力[2]。因此，集料的级配对沥青路面的车辙有重大影响。（2）集料颗粒的形状和纹理。集料的形状和纹理也是影响沥青路面车辙的一个重要因素。选择破碎的碎石，具有丰富的棱角和发达的纹理构造的集料，能提高沥青路面抗车辙能力。

2.2沥青结合料

在一定温度和加载速率下，沥青粘度越大，与石料的粘附性越好，混合料的粘滞阻力越大，抗剪切变形能力越强，沥青混合料抗车辙能力越好。在沥青中添加聚合物，能有效的提高混合料的高温稳定性。沥青用量是影响高温稳定性的最重要的因素之一。沥青与矿粉一起组成胶结料，裹覆在集料表面，起到集料之间的粘聚作用，它与沥青膜的厚度有直接关系。

2.3空隙率

空隙率对车辙的影响较大，随着空隙率的增大，混合料的强度降低。因此使用空隙率小的混合料有利于提高沥青路面的强度和耐久性，但空隙率不能低于3％。因为如果到夏季，沥青混合料内部没有足够的孔隙提供沥青结合料若膨胀，必然引起泛油和流动，造成材料整体变形而形成车辙。

2.4沥青面层的厚度

沥青层的厚度是影响车辙的重要因素。但究竟如何影响，国内外有一些不同

的看法。一种看法认为，厚度越大，车辙越严重。也有人认为，在我国目前的沥青层厚度情况下，厚度大的沥青路面车辙不一定严重，厚度过薄可能变形更大。

2.5温度

车辙对温度很敏感，温度升高，沥青路面的高温稳定性大大降低，车辙将十分严重。在夏季，炎热的南方地区路面中的沥青面层混合料容易显示不稳定，而凉爽的北方地区同样的混合料就不成问题。

3.测试沥青路面车辙的方法

在计算沥青路面车辙中，有两种思路：一种是将材料的复杂特性即粘弹性特性带入分析程序中去进行计算，直接得到路面的结构响应包括路面的永久变形等。二是将材料的复杂性剥离开来，分成两个部分，一方面研究材料自身的特性，另一方面采用较为简单的方法进行路面的响应分析，然后利用特定方法应用响应分析结果计算路面的车辙。该方法可以通过参数的变化得出影响路面车辙的关键响应的规律，从而对材料的设计和路面结构的设计提供明确的指导。而且可以通过对材料的试验研究，得出用于计算车辙的关键参数。该方法的典型是著名的SHELL设计方法中的车辙计算方法。SHELL车辙方法是SHELL石油公司推出的路面设计方法中的一部分。该方法计算车辙分为如下几个步骤：(1)路面分层；(2)计算每一个子层的沥青有效粘滞度；(30标准轴载的计算；(4)评估沥青混合料的变形特性；(5)沥青层永久变形计算[3]。

考虑一个典型半刚性层的计算，其路面结构和路面参数如表1所示。荷载为100kN标准轴载，作用次数为1000万次。计算沥青层的总车辙深度。

应用有限元程序计算路面内部的应力状况，结果见表2:

沥青混合料的粘性参数模型中的系数a为0.003，b为0.23。假定每车的行驶时间为0.015s，蠕变试验的应力水平为0.4MPa。功过计算可以得到沥青混合料粘性应变为0.0465。最终计算得到在1000万次标准轴载作用下的车辙深度为10.28mm。■

【参考文献】

［１］夏士泉.沥青路面车辙现象分析及减轻车辙的措施[J].市政技术,2010,(2).

［２］沈金安,李福晋,陈景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].人民交通出版社,2004.

［３］.中面层沥青混合料抗车辙性能的研究[D].东南大学硕士论文,2005.