沥青路面车辙形成机理与影响因素分析

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1、沥青路面车辙形成机理与影响因素分析作者：张登良摘要：本文主要讲述了沥青车辙形成的机理及其影响的因素。车辙是指在渠化交通的道路上在行车荷载的反复作用下，路面发生的不可恢复的永久变形，由于沥青路面的车辙主要发生在高温季节，所以车辙问题被认为是高温稳定性问题。   车辙的产生不仅影响路面的平整度，导致行车舒适性降低；较大车辙的路段，车辆变向难以控制，且雨天时路面排水不畅，车辆易于发生漂滑而影响高速行车的安全；另外，经过车轮反复的碾压，在轮辙边缘会形成纵向开裂，进而导致路面的水损坏。1、车辙机理的形成1、1车辙类型   根据

2、车辙形成原因的不同，车辙可分为两大类型：   (1)失稳型车辙   这类车辙主要发生在半刚性或刚性基层沥青路面上，车辙主要源于沥青面层，由于沥青面层混合料的高温稳定性不足，在车轮荷载反复作用下，产生压缩和剪切流动。通常轮迹带的沥青面层在下凹的同时，两侧伴随着隆起，二者组合起来构成车辙。   (2)结构型车辙   这类车辙是由于路面结构在荷载反复作用下产生的整体永久变形而形成。这类车辙主要发生在柔性基层沥青路面上，其外形主要表现为路面下凹。1、2车辙形成过程   纵观车辙的形成过程，大体上可分为三个阶段：   (1)初

3、始阶段的压密过程   在沥青路面碾压成型开放交通以后，沥青面层以及各结构层材料中均存在一些空隙，在汽车荷载作用下。仍会有进一步的压密过程。   (2)沥青混合料的流动过程   高温下的沥青混合料处于以粘性为主的粘弹性状态，在车轮荷载作用下，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。而向两侧隆起。   (3)矿质集料的重新排列及矿质骨架的破坏   高温下处于半固体状态的沥青混合料，由于沥青及沥青胶浆在荷载作用下的流动，此时矿质骨架逐渐成为荷载的主要承担者，再加上沥青的润滑作用，矿质集料会产生错动，促使沥

4、青及胶浆向其富集区流动。1、3沥青混合料的永久变形   作为粘弹性材料的沥青混合料，在一恒定荷载作用下，变形随时间不断增长，这种特性称为蠕变。   材料的蠕变过程，可以分为三个阶段(见图1)，第一阶段的变形速率逐渐减小，称为迁移蠕变；第二阶段变形速率保持稳定，为稳定蠕变阶段；第三阶段变形急剧增大，是破坏的开始，也称加速蠕变阶段。   蠕变试验通常采用单轴静载、三轴静载、单轴动载和三轴动载四种方式。静态加荷时，应力为常数σ0，记录试件应变ε1与时间的关系，得到混合料的静态蠕变曲线(见图2)，从而可计算蠕变模量E=σ0／

5、εt。它是反映沥青混合料抵抗高温永久变形能力的一个指标。   据此，美国道路研究所(TRRL)开发了轮迹试验(wheel．TrachingTest)又称轮辙试验，是由沿同一轨道往复行驶的轮胎荷载来代替蠕变试验，并测量某一温度下，对同一轮载点的累计变形量(即轮辙深度)，通常将其流动曲线上某一直线段的斜率定义为动稳定度DS(DynamicStabili—q)，D5单位次／mm。       DS=u·(t2-t1)／(d2-d1)   式中：u--车轮行走速度(次／min)，通常=42±1次／min；d1，d2—分别为时

6、刻t1，t2时的变形量(mm)；观测时间t1=45mit2=60min。   目前，轮辙试验已被我国以及世界许多国家用来评价沥青混合料的高温稳定性。2、影响沥青混合料高温稳定性的因素   影响沥青混合料高温稳定性的因素包括沥青混合料的自身性能和外部条件两个方面。   沥青混合料属松散介质范畴，其强度可用抗剪强度表征，即其强度取决于粘聚力和内摩阻力。粘聚力主要取决于沥青结合料的性能，而内摩阻力则主要取决于集料的性能。当然，其强度还与沥青混合料的组成、结构及物理状态密切相关。   (1)沥青结合料     沥青混合料的高

7、温稳定性主要取决于沥青结合料的粘度及其感温性。粘度越大感温性越好的沥青，其高温性能就越好。   采用塑料类(PE、EVA)以及SBS等聚合物改性的沥青，其高温性能会得到明显的改善。   (2)集料   集料的尺寸、形状及表面构造对沥青混合料的高温性能起着重要的作用。集料粒径增大，形状近于立方体(有棱角)，表面粗糙的集料都对提高沥青混合料的高温性能有利。   (3)沥青混合料   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

8、增多有利于提高其高温稳定性；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；粉胶比稍大的沥青混合料，其高温性能要好：   稍大的剩余空隙率对提高沥青混合料的高温性能有利。2．2外部条件   外部条件主要包括沥青混合料的温度和交通条件。   (1)沥青混合料的温度   沥青的粘度随着其温度的升高而降低，沥青路面的车辙主要发生在夏季高温沥青混