第5章车辙形成机理分析及预防对策

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1、第5章车辙形成机理分析及预防对策5.1车辙概述车辙是车辆在路面上重复行车荷载作用下不可恢复的应变累计变形。它一般发生在高温季节，通常出现在车轮经常碾压的轮迹上。路面车辙是路面周期性评价及路面养护中的一个重要指标；路面车辙深度直接反映了车辆行驶的舒适度及路面的安全性和使用期限。5.1.1车辙的危害车辙的岀现使沥青混凝土路面的使用性能大大降低，严重影响了沥青混凝土路面的使用质量和服务寿命。车辙的危害性比沥青混凝土路面开裂、水损坏更大，直接威胁到交通安全，而且车辙损坏的维修最困难，因为车［不仅在表面层发生，有时还会危及到中下面层

2、。车辙的危害表现为：车辙导致沥青混凝土路面变形，影响沥青混凝土路面平整度，降低行车舒适性；轮迹处沥青厚度减薄，降低了沥青混凝土面层及路面结构的整体强度，易引起其他路面病害；雨天时沥青混凝土路表容易积水，影响行车的安全性；车辙较深路段，影响车辆的操纵稳定性。5.1.2车辙标准各国的交通量、荷载、气候等情况不同，所以各国检测车辙标准也不同，如表5・1所示。表各国车辙标准5.2车辙形成过程车辙的形成过程主要分为最初的压密阶段、混合料的压密稳定阶段、剪切破坏阶段等三个阶段，其在车辆行车反复荷载作用下的发展过程如图5-1所示。图5・

3、1车辙形成过程5.2.1最初的压密阶段在碾压成型前，沥青混合料是由石料、沥青和空气组成的松散混合物,在高温条件下经过碾压后，处于半流动状态的沥青以及由沥青与矿粉组成的胶浆被挤进石料间隙中，同时集料被强力作用排列成具有一定骨架的结构。当沥青路面铺筑完成并投入使用后，在行车荷载作用下这种密实过程还会进一步发展，如图5J中I所示。5.2.2混合料的压密稳定阶段在高温条件下，沥青混合料处于以黏性为主的半固态状态，在汽车荷载的作用下，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

4、将随沥青混合料自由流动，从而使路面受荷载作用处被压缩而变形，如图5・1中II所示。5.2.3剪切破坏阶段在高温条件下，处于半固体状态的沥青混合料，由于沥青及胶浆在荷载作用下首先流动，此时混合料的中粗、细集料组成的骨架成为了车辆荷载的主要承担者，再加上沥青的润滑作用，硬度较大的矿料颗粒在荷载直接作用下会沿矿料之间的接触面滑动，促使沥青及胶浆流向混合料的自由面，特别是当集料间沥青及胶浆过多时，这一过程会更加明显，如图5J中III所示。从宏观变形特性看，在荷载作用下，沥青层又可分为密实流动和流动松胀两个区域，并以轮迹边缘厚度方向

5、构成的圆柱面为界面,密实流动域内的混合料经界面流向松胀域，最终造成密实流动域下沉和流动松胀域拱起，如图5・2所示。图5・2车辙变形分区图由以上分析可知：引起沥青混凝土永久变形的主要原因是剪切变形。所以沥青混合料的稳定性主耍是沥青混合料在高温下抗流动变形的能力。5.3车辙影响因素分析沥青路面产生车辙的影响因素较多，归纳为内部影响因素和外在影响因素两个方面。5.3.1内部因素沥青路面产生午辙的内部因素主耍与集料特性、混合料级配设计、沥青胶结料性能、路面结构及层厚、路面施工质量等有关，其中沥青混合料级配和性能影响最大，是最显著的

6、因素。⑴集料性质沥青混合料的高温抗车辙能力冇60%是依靠矿料的嵌挤力，而矿料的嵌挤作用主要取决于矿料级配和表面特征。集料的形状和表面粗糙度影响了沥青混合料的嵌挤作用强弱及内摩阻角的大小。不同集料技术指标如表5・2〜表5-5所示：表5・2粗集料技术指标表5・3细集料规格表5-4细集料技术指标表5-5填料技术指标由上表可以看出，坚硬、纹理粗糙、多棱角、颗粒接近正方体的集料,其相应的沥青混合料具有较好的高温稳定性。填料的颗粒尺寸、形状和聚散程度都影响了沥青胶浆的性能，从而影响沥青混合料的高温稳定性。⑵混合料级配沥青混合料级配是沥

7、青混合料最重要的设计指标，影响着沥青混合料的所有性能。沥青混合料级配决定了矿料颗粒间嵌挤作用的大小以及混合料的密实程度，直接影响了混合料的高温抗车辙能力。对不同类型沥青混合料级配进行车辙试验，结果如表5・6、图5・3所示。表5・6车辙试验结果（次/mm）图5・3不同级配车辙试验结果从图5-3屮可以看出：AC-25型沥青混合料的动稳定度比AC-13型和AC・20型都小，说明中粒型混合料的抗车辙性能比粗粒型的好，因为太粗的集料在混合料中处于不稳定的状态，在汽车荷载的揉搓作用下反而容易变形和粤动。因此，选择合理的沥青混合料级配至

8、关重要，如果级配设计不合理，沥青混凝土路面就会因不适交通条件产生损害，成为早期损害的先天因素。沥青用量的确定在沥青混合料级配设计中占有重要的地位，其对沥青混合料的高温稳定性有显著影响。沥青用量过低，混合料不易压实，使其抗车辙能力差；沥青用量过高，其润滑作用强，使沥青混合料的高温稳定性差。表5・7、图5・