影响沥青混凝土路面车辙因素

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1、影响沥青混凝土路面车辙因素分析丛培良余剑英吴少鹏陈太泉武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室道路材料所(武汉430070)摘要对沥青混合料出现车辙破坏的因素进行分析，研究了沥青混合料自身性能因素、环境因素，及不同沥青的混合料组合形式与车辙破坏的关系。并对沥青混合料二次加热重塑对车辙的影响进行研究。通过有限元法计算剪切应力随面层深度的变化关系。结果表明：沥青混合料抗车辙性能随空隙率、油石比、荷载和试验温度的增加而降低，采用高等级的沥青混合料组合可以降低车辙破坏。沥青混合料二次加热重塑会对沥青产生老化，使沥青混合料的动稳

2、定度增大，降低了实验室对其抗车辙性能的预测和评估。计算结果表明，沥青路面在外界荷载作用时，中面层的剪应力通常最大，是最容易出现车辙的部位。关键词车辙空隙率油石比荷载温度重塑车辙问题早已引起人们的广泛关注，但是车辙问题仍然存在n]。车辙的发生将破坏路面的平整度，降低路面的工作性能，影响路面的排水，增加车辆发生漂移的危险，缩短了路面的使用寿命，并给路面的修补带来很大的困难。有些学者认为沥青混合料的抗车辙性能主要与其抗剪切能力有关，且沥青混合料抗剪切能力主要取决于沥青混合料的粘结力和内摩阻力]。国内外的相关工作者建立了不同的车

3、辙预估模型，提出控制车辙的沥青混凝土路面设计方法。如早期的Shell石油公司和美国的沥青协会的车辙控制方法，此法以土基顶面的压应变作为车辙的控制指标；1972年，Barksdale和Romain提出的层应变法，把路面分为若干层，统计各层的累计变形；1994年Sousa等人建立了非线性的粘弹塑性模型，可以获得车辙深度与最大永久剪应变之间的关系；2002年，Archilla基于试验路和室内试验测定数据采用统计法建立经验关系。国内同济大学的许志鸿、林绣贤，东南大学的李一鸣和长安大学的张登良都采用不同的方法和理论建立了相应的模型

4、对车辙进行预估-c。这些模型和理论分析方法相对较为完善，但是模型中材料相关参数仍需试验确定。沥青种类、空隙率、载重、温度及沥青混合料的厚度对路面车辙的出现都有较大影响。通过实验室试验测试和有限元计算，研究了沥青混凝土路面产生车辙的原因。1试验1．1试验材料·集料采用玄武岩，其物理性能如表1所示，混合料采用2种级配类型AC一20和SMA一16。沥青主要采用的是AH一70、PG70—22和PG76—22，其基本物理性能指标如表2所示。表1玄武岩物理性能试验压碎值，洛杉矶磨视密度／针片状粘附性坚固磨光值项目耗，(g．cm一)含

5、量，／级性，／BPN针入度／(10mm)软化点／C延度／cm旋转粘度／(Pa．S)68(25℃)65(5C)58(5C)47．876．582．3≥150(15℃)50．6(5C)49．7(5C)l98(6OC)1．86(135C)2．03(135C)1．2试验方法采用轮碾仪分别成型300mmX300mmX(设计厚度)ram的车辙，控制成型试件的质量，使试件达到设计孔隙率。改变实验机荷载和实验温度进行试验测试。2试验结果2．1荷载与车辙我国路面设计的标准车轮荷载规定为(0．7±0．05)MPa，但在高速公路服役过程中超载现

6、象非常严重。采用AH～70和PG76—22沥青及AC一20结构类型研究荷载对车辙影响，结果如图1所示。随着荷载的增大车辙深度越来越大，动稳定度越来越小。在相同荷载作用下，采用改性沥青动稳定度高，车辙深度小；采用改性沥青在lMPa荷载作用下与重交沥青在0．7MPa作用下车辙深度相近。使用改性沥青但超载严重时，路面车辙问题仍然不能解决。所以，在高速公路运营中一定严格控制车辆的超载现象，并在建设中依据可能出现的超载情况提高设计要求。2．2车辙与温度我国车辙试验温度通常采用(60±0．5)C，在寒冷地区可采用45c或其它温度。图

7、2为AH一70和PG76～22两种沥青混合料随温度变化的车辙曲线。随着温度增加，动稳定度下降，改性沥青混合料动稳定度下降趋势大于重交沥青；车辙深度增大，重交沥青混合料车辙深度增加趋势大于改性沥青。在我国南方部分地区，夏季气温高达40C以上，持续时间长，沥青路面在这种条件下工作，很容易出现车辙，在沥青混合料车辙试验时，应提高试验温度并延长保温时间，使试验室内试验结果能更好的模拟实际条件。2．3车辙与空隙率通过控制混合料的量和成型时碾压次数控制试件的空隙率，对不同空隙率条件下的试件进行动稳定度试验，结果如图3所示。空隙率在3

8、9／6～12范围内，动稳定度随空隙率的增大而减小，车辙深度随空隙率增加而增加。重交沥青混合料在空隙率为3％时动稳定度试验后车辙深度与改性沥青混合料空隙率为12％试验后车辙深度相近。在实验室研究的过程中，有时沥青混合料动稳定度不高，但车辙深度却很小；有时沥青混合料动稳定度很大，但是车辙深度也很大。动稳定度和车辙深度都相