浅谈沥青路面车辙产生的原因与防止措施

发表时间:2019/7/16   来源:《工程管理前沿》2019年第08期   作者:王文宇
[导读] 将主要常见的失稳性车辙,并参考可贵资料,粗浅的谈谈沥青路面车辙产生的原因与防止措施,仅供大家参考。
陕西省渭南路桥工程有限责任公司  陕西渭南  714000
        面对高等级及国省干线公路交通量急剧增加,同时道路交通压力也随之增大,特别是沥青路面的早期病害问题,已严重影响到我国公路的健康发展,在这些早期病害中以高温车辙破坏最为突出。车辙的产生不仅增大了高等级及国省干线公路沥青路面的养护难度和费用, 同时也大大地降低了路面的使用性能及行车安全性。因此研究沥青路面车辙产生的原因,探讨防止车辙的措施以及提高道路完好水平,是道路施工、养护工作者所面临的重要任务。本文就个人近年来于国道108线、国道310线、省道202线、省道107线渭南市辖区配合单位实施的沥青路面施工体会,将主要常见的失稳性车辙,并参考可贵资料,粗浅的谈谈沥青路面车辙产生的原因与防止措施,仅供大家参考。
        一、车辙的概念及分类
        沥青混合料就是一种典型的流变性材料,它的强度和劲度模量随着温度的升高而降低。所以沥青混凝土路面夏季高温时,在交通荷载的不断作用下,由于交通量的渠化,在轮迹带逐渐形成不同程度的变形下凹,两侧鼓起的现象,从而形成两条纵向的槽即为“车辙”。根据它们形成的原因,可分为下列三种类型:
        (一)结构性车辙
        此类车辙是指由于基层等路面结构层或路基强度不足,在交通荷载反复作用下产生向下的永久变形。它的特点是宽度比较大,两侧没有向上隆起,横断面呈凹陷性现象。
        (二)失稳性车辙
        此类车辙是指由于在交通荷载产生的剪切应力的作用下,面层材料塑性变形,凹陷和横向位移形成的。其外观特点是沿车辙两侧可见混合料失稳横向蠕变位移形成的隆起。一般出现在车辆轮迹的区域内,当经碾压的路面材料的强度不足以抵抗交通荷载作用于它上面的应力、特别是重载车辆高频率通过,路面反复承受高频重载时,极易产生此类车辙。
        (三)磨损性车辙
        此类车辙多发生在我国北方寒冷地区。路面在交通车辆轮胎磨耗和环境条件的综合作用下,路面磨损,面层内集料颗粒逐渐脱落,加之在冬季路面铺撒防滑砂石料时,磨损型车辙会加速发展。
        二、沥青路面车辙产生的原因
        影响沥青路面出现车辙病害的因素很多,总结起来可分为主观、客观及其它三大因素。主观因素反映在工程参建者的理念上,一是应从设计源头入手,以材料本身的质量为抓手;二是加强对施工质量的“过程控制”及“动态质量管理”。客观因素主要包括交通条件和气候条件。而其它因素则是指路面基层的强度和稳定性及其施工质量对路面车辙的影响。否则,沥青路面极易产生车辙。
        (一)主观因素
        车辙产生的主观因素主要是沥青混凝土的强度。所以沥青混凝土应选用符合交通条件和气候条件稠度大的沥青,沥青稠度越大粘结力提高, 沥青混合料的粘聚力也随之提高而增大。因此沥青类型应依据公路等级、夏季温度高、高温持续时间长、重载交通的路段合理选用较粘稠的符合重交通沥青技术要求的优质沥青或改性沥青。近年来实践证明: 在沥青中掺入高分子聚合物改善沥青的性能也可取得提高沥青混合料高温抗车辙能力的满意效果。
        沥青用量对沥青混合料抗剪强度的影响很大,当沥青用量低于最佳用量时,沥青不足以形成结构沥青的薄膜来粘结矿料颗粒。随着沥青用量的增加,结构沥青逐渐形成,沥青更为完满地包裹在矿料表面,使沥青与矿料间的粘结力随着沥青的用量增加而增加。当沥青用量超过最佳用量时, 粘结力快速降低,沥青混凝土的强度也随之而降低。因此提高沥青混合料的粘结力,除采用高质量的沥青外,严格控制沥青的合理用量很关键。
        同时沥青混合料矿料的粗度、形状和表面粗糙度对沥青混合料的强度都具有极为明显的影响。矿质集料具有显著的面和棱角,形状近似正立方体,以及具有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。这种矿料所组成的沥青混合料较近似于圆形而表面平滑的矿料具有较高的抗剪强度。矿料中矿粉用量对沥青混合料的高温稳定性的影响也很大。试验研究表明:矿粉用量越大,沥青混合料的马歇尔模数越小,高温稳定性愈差,沥青路面抗车辙能力越弱;矿粉用量适当时,沥青混合料的马歇尔模数较大,高温稳定性较好,沥青路面抗车辙能力较强。
        (二)客观因素
        公路的超负荷交通量以及持续高温是影响沥青路面车辙产生的主要客观因素。据统计,国省干线公路日益增加的交通量较撤消收费站后仍数倍增加,尤其大型货车、拖挂车重载车辆增加更多。超重、超量车流产生的冲击使沥青路面超负荷运行,加之每逢夏季持续高温使沥青路面地表温度快速升高,从而二者结合加剧了沥青路面车辙的产生和发展。
        (三)其它因素
        当路面基层的强度和稳定性足够时, 沥青路面车辙的产生主要取决于沥青混凝土面层本身的性质,所以,保证基层的强度和稳定性及其施工质量是防止沥青混凝土面层产生车辙的基本条件。


        三、防止措施
        提高沥青混合料的高温稳定性是防止沥青路面产生车辙最有效的途径,应从以下几方面入手:
        (一)加强基层质量的控制与验收
        鉴于基层的强度和稳定性及其施工质量是防止沥青混凝土面层产生车辙的基本条件。因此加强基层强度、压实度、平整度、高程等技术指标的检查与控制非常重要。
        (二)选用高粘改性沥青
        沥青与集料的粘附性直接影响沥青路面的使用质量和耐久性,所以粘附性是评价沥青技术性能的一个重要指标,因此,沥青结合料必须具有较高的粘度,与集料具有良好的粘附性,以保证沥青混合料有足够的高温稳定性和低温抗裂性。另外,由于沥青中的蜡对沥青路面的损害有双重破坏作用,所以在沥青选用上一定要加强慎重,在表面层应选用蜡含量符合技术要求的高粘改性沥青。如遇到重载、限速及车流渠化的特殊路段,可在改性沥青中掺入3.5‰的高分子聚合物(俗称“补强剂”),使沥青路面抗变形能力更进一步提升。
        (三)集料处理与沥青粘附性
        本着节约成本就地取材的原则,使用粗集料应与沥青的黏附性符合“粗集料与沥青的黏附性技术要求”,因此应做到:
        1、若就近选用与沥青粘附性较好的碱性石料,时而出现由于某些原因粘附性仍达不到要求,对此,也必须采取抗剥落措施。
        2、若就近选用中性石料,必须进行抗剥落试验。
                3、若就近选用各项技术指标较碱性、中性石料较高的而粘附性较碱性、中性石料较低的酸性石料,相应采取用2%~4%的水泥或2%的干消石灰处理后使用,必要时也可同时在沥青中掺加3‰~4‰高温稳定性好的抗剥落剂,也可采用掺加改性沥青的措施,提高矿料与沥青的粘附力,在交通荷载作用下,路面抗剪切变形能力增强,从而提升了沥青路面的抗车辙能力。在施工碾压过程中更不容易粘轮脱落,石料表层裹覆均匀,也延长了沥青路面的使用寿命。
        (四)集料的选择
        1、粗集料
        鉴于沥青路面的强度和稳定性主要是依靠集料的嵌挤作用,故对混合料的技术指标特别是规格要比水泥混凝土路面要高。而一般石场都采用工作原理简单、经济、加工的集料针、片状含量指标等很难满足沥青混合料要求的鄂式破碎机。致使在施工碾压时集料被压碎花白石较多、路面整体强度低,远远满足不了路面的设计使用年限。故在料源选择上,应选择设备较好的圆锥式破碎机或冲击式破碎机(包括反击式破碎机和锤式破碎机)加工的粗集料。使用这样具有显著的多面体和棱角,各方向尺寸相差不大,近似正立方体,以及具有明显细微凸出的粗糙表面的矿质集料,在碾压后沥青混合料能相互嵌剂锁结而具有很大的内摩檫角,形成骨架密实结构的沥青路面,从而提高沥青路面的强度。
        2、细集料
        在沥青路面施工中,以机制砂作为细集料被广泛采用,但机制砂的质量控制应注意以下几点:
        ①由于机制砂常规的颗粒组成可以通过试验得出,但其中的杂物等无法通过试验检测,故进入破碎机前的10-20㎜憎水性集料质量十分重要,特别是雨季时泥土容易粘附在集料上面。对此,必须采取相应的清理措施。
        ②同一料源不同设备和不同料源加工的机制砂颗粒组成是有差异的的,对沥青混合料的级配影响很大。因此,若采用两种以上的机制砂必须分别做配合比设计和分别向拌合楼上料。否则,将严重影响沥青路面的稳定性,路面过早就出现病害。
        3、填料
        沥青混合料的填料应采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性集料经磨细得到的矿粉,矿粉应干燥、洁净、能自由地从矿粉仓流出。不得使用回收粉。但值得注意的是:混合料矿料进入拌合设备相互摩擦而产生粉料应人为的适量减少矿粉的掺入量,一般在0.5-1.5﹪之间,需通过试验取得准确数据。
        (五)优化混合料配合比
        合理调整矿料级配,适当减少公称最大粒径附近的粗集料,减少0.6㎜以下部分细粉的用量,使中等粒径集料较多,从而形成“S”型级配曲线,使其粗集料能够形成骨架,提高矿料级配的嵌挤,使沥青混合料产生非常好的抵抗荷载变形的能力,即使在高温条件下,沥青粘度有所下降,对这种抵抗能力的影响也不会减小,因而具有较强的高温抗车辙能力。适当增大粉胶比,使混合料具有较好的耐久性,增强层间结合,加强路面压实。沥青路面压实度必要时可以采用:沥青混合料在室内进行马歇尔击实试验得出的密度值×1.01的系数作为标准密度值计算压实度和按理论最大密度计算压实度应控制在94%-96%进行双控,提高路面整体强度。
        (六)加强公路的日常养护及管理
        加强公路的日常养护及管理是提高公路使用性能的有效措施,能够极大地延长公路的使用寿命。因此,公路运行期间,对一些小的路面病害应及时进行小修养护,防止破坏性的扩展;同时加强公路治超工作,使超载车辆逐渐减少。此外,还要不断的更新自己的公路养护技术和管理水平,最大限度的提高公路的安全性能,防止车辙的发生。进而为我国的公路事业做出贡献。
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