瀝青路面車轍損壞成因及防治對(duì)策研究

陸芳+祝傳魁

摘 要：瀝青路面具有表面平整、行車舒適、噪音低、施工期短、維護(hù)簡(jiǎn)單等眾多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于公路工程施工中。隨著交通量的增長(zhǎng)、軸載增加、持續(xù)的高溫天氣等交通、環(huán)境綜合的影響，車轍病害已經(jīng)成為最嚴(yán)重的路面病害之一，亟待解決。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；車轍損壞；防治對(duì)策

瀝青路面具有表面平整、無(wú)接縫、行車舒適、耐磨、振動(dòng)小、噪聲低、施工期短、養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)便、適宜于分期修建等優(yōu)點(diǎn)，因此獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。車轍的產(chǎn)生，不僅增大了高等級(jí)公路瀝青路面的養(yǎng)護(hù)難度和費(fèi)用，同時(shí)也大大地降低了路面的使用性能及行車安全性。我國(guó)絕大部分高速公路都采用瀝青路面。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，客運(yùn)和貨運(yùn)量迅速增加，道路交通流量迅猛增大，特別是重載車輛的增多和高壓輪胎的使用，交通流的渠化，車轍已成為高速公路瀝青路面的主要病害之一。

1 車轍的定義及類型

車轍是瀝青路面特有的一種損壞現(xiàn)象，它是在高溫條件下車輛荷載長(zhǎng)時(shí)間作用的結(jié)果。車輪經(jīng)常碾壓產(chǎn)生出輪跡帶，輪跡帶逐漸產(chǎn)生下洼形變，并形成兩條縱向的槽，即為車轍。路面車轍是路面周期性評(píng)價(jià)及路面養(yǎng)護(hù)中的一個(gè)重要指標(biāo)。多數(shù)瀝青路面修筑在半剛性基層上，且施工中對(duì)壓實(shí)度要求較高，基層強(qiáng)度及板體性好、變形小，除了某些基層施工不良的路段外，結(jié)構(gòu)型車轍一般很少，而磨損性車轍在我國(guó)幾乎是沒(méi)有的。目前所見到的車轍基本上都屬于流動(dòng)性車轍。具體類型如下：

1、磨耗型車轍。由于瀝青路面結(jié)構(gòu)面層材料在車輪磨耗和自然環(huán)境作用下持續(xù)不斷地?fù)p失形成。在交通車輛輪胎磨耗和環(huán)境條件的綜合作用下，路面磨損，面層內(nèi)集料顆粒逐漸脫落；在冬季路面鋪撒防滑料（如：砂）時(shí)，磨損型車轍會(huì)加速發(fā)展。此外，汽車使用防滑鏈和突釘（膠釘）輪胎時(shí)會(huì)使其加速發(fā)展。

2、結(jié)構(gòu)型車轍。交通荷載反復(fù)作用下，路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生整體永久變形而形成的結(jié)構(gòu)型車轍。常起源于路基及碎石基層變形的積累。這類車轍主要是基層等路面結(jié)構(gòu)層或路基強(qiáng)度不足，在交通荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生向下的永久變形、作用或反射于路面。

3、失穩(wěn)型車轍。瀝青路面結(jié)構(gòu)層在交通渠化作用下，當(dāng)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性不足時(shí)，由于材料的粘性流動(dòng)變形而形成。絕大多數(shù)車轍是由于在交通荷載產(chǎn)生的剪切應(yīng)力的作用下，路面層材料失穩(wěn)，凹陷和橫向位移形成的。此類車轍的外觀特點(diǎn)是沿車轍兩側(cè)可見混合料失穩(wěn)橫向蠕變位移形成的凸緣。一般出現(xiàn)在車輛輪跡的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)經(jīng)碾壓的路面材料的強(qiáng)度不足以抵抗交通荷載作用于它上面的應(yīng)力，特別是重載車輛高頻率通過(guò)，路面反復(fù)承受高頻重載時(shí)，極易產(chǎn)生此類車轍。此外，在高速公路的進(jìn)出口，交費(fèi)站或一般公路的交叉路口等減速或緩行區(qū)，這類車轍較為嚴(yán)重。因?yàn)檫@些地區(qū)車速較低，交通荷載對(duì)路面的作用時(shí)間較長(zhǎng)，易于引起路面材料失穩(wěn)、橫向位移和永久變形。

2 瀝青路面車轍損壞成因

1、瀝青混合料

現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計(jì)的主要依據(jù)指標(biāo)是瀝青混合料的強(qiáng)度，其取決于混合料的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角的影響；粘結(jié)力又取決于瀝青材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、膠體結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)、稠度、瀝青膜的厚度、瀝青礦料比、瀝青與礦粉系的分散結(jié)構(gòu)特征以及瀝青與礦料的相互作用。

①材料性質(zhì)。瀝青的粘度和瀝青與礦料之間的粘附性是影響瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的兩個(gè)因素；瀝青粘度越大，瀝青與礦料之間的粘附越好，那么混合料的高溫穩(wěn)定性越好，因此要選用粘度大的瀝青和非酸性礦料以提高混合料的高溫穩(wěn)定性和強(qiáng)度，以便產(chǎn)生較高的抗車轍能力；瀝青改性是一種提高瀝青高溫穩(wěn)定性的有效手段，改性瀝青混合料同標(biāo)準(zhǔn)混合料相比車轍深度有明顯減少。

②礦物集料的表面紋理、料顆粒大小、形狀、級(jí)配、顆粒相互位置、礦料數(shù)量，可以影響混合料的孔隙結(jié)構(gòu)，即孔隙的大小、形狀與連通閉合情況、瀝青用量狀況以及瀝青的用量和瀝青同集料的互相作用情況，因而可以對(duì)車轍的大小表現(xiàn)出不同的影響。

③礦料級(jí)配。為探討集料級(jí)配對(duì)車轍大小的影響，有關(guān)研究人員將集料分為過(guò)細(xì)級(jí)配組、細(xì)級(jí)配組和粗級(jí)配組三種，環(huán)道試驗(yàn)結(jié)果表明：熱拌瀝青混合料在最佳瀝青含量、8%空隙率時(shí)粗級(jí)配有較大的車轍深度，過(guò)細(xì)級(jí)配次之，細(xì)級(jí)配組車轍深度最小?？梢姡瑔渭?cè)龃蟮V料粒徑并不能提高路面抗車轍能力。

2、路面結(jié)構(gòu)組成

瀝青路面的抗車轍能力還與路基類型和路面厚度有關(guān)。當(dāng)其路基為砂土材料時(shí)，面層厚度對(duì)車轍影響很大，面層瀝青混合料較薄時(shí)車轍較深，而且較大部分來(lái)自路基的形變；而當(dāng)面層較厚時(shí)，路基基本上不產(chǎn)生車轍。在當(dāng)路基為剛性或半剛性材料時(shí)，車轍的深度隨瀝青混合料面層厚度的增大而增加，這時(shí)的車轍總量90%來(lái)自于瀝青混合料面層本身。由此認(rèn)為，當(dāng)路基和基層強(qiáng)度較高時(shí)，采用薄瀝青混合料面層可以有效地控制車轍深度，而當(dāng)路基基層強(qiáng)度較弱時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加面層厚度，但這樣構(gòu)筑的道路，往往由于路面回彈模量與路基回彈模量之間的比值過(guò)大，帶來(lái)不盡合理的結(jié)構(gòu)組合，而且也不夠經(jīng)濟(jì)。平鐘高速路基地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，車轍病害的成因與結(jié)構(gòu)密不可分。

3、交通荷載及環(huán)境條件

①渠化交通。由于城市道路交通組織的渠化，導(dǎo)致瀝青路面車轍破壞的情況日漸突出。在同一結(jié)構(gòu)、同一條道路上，劃分出不同交通形式的兩段道路進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果證明：渠化交通路段的車轍顯著增長(zhǎng)，混合交通路段車轍增加較慢，其原因是混合交通時(shí)荷載作用范圍較寬，變形面較大，同一位置的車轍累積較小，而渠化交通同一位置處的車轍累積量大。

②荷載。試驗(yàn)研究證明：車輛超載加快路面的病害。在不同的軸載作用下，重軸載作用產(chǎn)生的車轍較輕軸載大得多；道路交叉口和停車點(diǎn)的車轍通常為正常行駛路段的2～5倍。

4、環(huán)境氣候條件

溫度升高時(shí)瀝青粘度變小，其抵抗蠕變的能力下降，在受到外力時(shí)很容易產(chǎn)生永久剪切變形導(dǎo)致瀝青材料橫向流動(dòng)而產(chǎn)生車轍。當(dāng)路面積水或路面結(jié)構(gòu)含水量增加時(shí)，瀝青和礦料之間的粘結(jié)力在潮濕條件下會(huì)被削弱或破壞，在行車荷載和水分的聯(lián)合作用下，這種病害會(huì)明顯加劇，導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生較大的車轍。

3 瀝青路面車轍防治措施

1、合理的結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)。面層直接承受車輪荷載反復(fù)作用和自然因素影響，因此要有足夠的承載力，以承擔(dān)設(shè)計(jì)期內(nèi)累計(jì)軸載次數(shù)，限定車轍發(fā)展深度。合理選用技術(shù)參數(shù)，各結(jié)構(gòu)層模量不宜相差太大，特別是中間層的級(jí)配要合理，表面層最佳油石比可以彌補(bǔ)第二層抗車轍能力。

2、材料的合理選用。集料強(qiáng)度、形狀、表面性狀、清潔狀態(tài)、瀝青性能與集料相容性，注重材料的協(xié)同性和料源特性，保證所用材料的高品質(zhì)。改善礦料級(jí)配同時(shí)適當(dāng)增加粗集料用量和控制剩余空隙率，使粗細(xì)集料形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)?？蛇m當(dāng)采用高粘度的瀝青。

3、最優(yōu)配合比設(shè)計(jì)。重視級(jí)配范圍對(duì)抗車轍能力的影響，關(guān)鍵是確定適宜的篩孔通過(guò)率、孔隙率、油石比。選用溫度敏感性低、稠度較高的瀝青或改性瀝青，同時(shí)嚴(yán)格控制瀝青的用量。嚴(yán)格準(zhǔn)確地控制混合料配合比，設(shè)法加足礦粉，嚴(yán)格控制運(yùn)輸車輛便于卸料，涂抹油料；采用透層油與粘層時(shí)也要嚴(yán)格控制用油量。

4、使用改性添加劑。積極引進(jìn)并采用新的改性劑如橡膠、樹脂、塑料、無(wú)機(jī)物改性劑、抗車轍劑、纖維等改性混合料添加劑，適當(dāng)提高粉膠比，提高膠結(jié)料粘附性，降低溫度敏感性。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，近年來(lái)，我國(guó)公路交通量增長(zhǎng)非常迅猛，往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)了設(shè)計(jì)預(yù)期增長(zhǎng)速度，高速公路重車比例在不斷提高，車輛超載超限現(xiàn)象非常普遍，這種交通條件對(duì)路面的破壞作用非常嚴(yán)重，尤其會(huì)導(dǎo)致路面車轍的產(chǎn)生。我們應(yīng)該重視車轍問(wèn)題，在施工過(guò)程中時(shí)刻牢記對(duì)各種病害的防治，在不斷總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)和研究的同時(shí)，積極引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)的防治車轍的新工藝、新技術(shù)及新材料，為我國(guó)的交通事業(yè)騰飛奠定良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]范志強(qiáng)，瀝青路面車轍產(chǎn)生的原因和防止措施[J]；標(biāo)準(zhǔn)化，2011.18