瀝青路面抗車轍性能提高策略分析

張睿豐

（中鐵二十一局集團(tuán)第四工程有限公司，蘭州 730070）

1 引言

近年來，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平不斷提高，國(guó)內(nèi)公路通行中汽車軸載大量增加，形成渠道交通，導(dǎo)致超載、重載問題越發(fā)突出，造成大量的瀝青路面永久變形問題，并且引起了人們的重視。車轍作為瀝青公路地常見病害之一，會(huì)使瀝青路面輪跡帶范圍內(nèi)的路面下凹，或伴隨輪跡帶出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，嚴(yán)重影響行車舒適性及安全性。因此，要對(duì)瀝青路面車轍問題的防治工作引起重視，以保障交通工程安全運(yùn)營(yíng)。

2 瀝青路面車轍形成機(jī)理及影響因素分析

2.1 形成機(jī)理

根據(jù)瀝青路面車轍形成過程來看，大致可分為3 個(gè)階段。

2.1.1 初始階段的壓密過程

當(dāng)瀝青路面碾壓成型后，其面層與各結(jié)構(gòu)層材料中仍會(huì)存在一定的空隙。此時(shí)開放交通后，在汽車荷載的作用下會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步的壓密過程。

2.1.2 瀝青混合料的流動(dòng)

在高溫條件下，瀝青混合料會(huì)處于以黏性為主的黏彈性狀態(tài)，此時(shí)，在車輪荷載的影響下，瀝青以及瀝青膠漿會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致其網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，瀝青混合料也將出現(xiàn)向兩側(cè)隆起的現(xiàn)象[1]。

2.1.3 礦質(zhì)集料的重新排列與礦質(zhì)骨架的破壞

瀝青混合料在高溫條件下處于半固體狀態(tài)，若在荷載作用下出現(xiàn)流動(dòng)現(xiàn)象，那么礦質(zhì)骨架將是荷載的主要承擔(dān)者，再加上瀝青材料本身的潤(rùn)滑作用，礦質(zhì)集料會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象，瀝青與膠漿將逐漸向富集區(qū)流動(dòng)，最終形成車轍。

2.2 影響因素

2.2.1 外界溫度的影響

根據(jù)瀝青路面車轍形成的原因可知，該病害具有較強(qiáng)的季節(jié)性。在瀝青路面的使用過程中，外界溫度是導(dǎo)致車轍病害出現(xiàn)的重要影響因素之一。在我國(guó)大部分地區(qū)，夏季溫度都在30 ℃以上，由于瀝青路面具有較強(qiáng)的吸熱能力，但散熱能力不佳，夏季瀝青路面的溫度往往在40 ℃以上，每升高5 ℃，在荷載力的作用下，其發(fā)生形變的概率則升高2 倍。因此，瀝青路面車轍病害極易在夏季發(fā)生。

2.2.2 瀝青路面材料的影響

瀝青材料是由多種材料混合而成的，無論其中哪一種材料的比例發(fā)生變化，都會(huì)直接影響路面的抗車轍性能。例如，在瀝青材料混合過程中加入改性瀝青、高質(zhì)量集料，能夠提高路面固結(jié)作用，進(jìn)而改善瀝青路面抗車轍性能。選用粒徑較大的集料能夠在一定程度上提高瀝青路面因外力引起的變形。由此可見，瀝青路面材料對(duì)于是否會(huì)出現(xiàn)車轍病害影響較大[2]。

2.2.3 瀝青面層厚度的影響

當(dāng)前我國(guó)公路工程瀝青面層厚度通常為8 cm、12 cm、15 cm、18 cm，不同厚度的瀝青面層所受到的剪應(yīng)力不同，一般情況下最大剪應(yīng)力值為2～9 MPa，中面層為承受剪應(yīng)力的主要結(jié)構(gòu)。當(dāng)瀝青面層厚度達(dá)到18 cm 以上時(shí)，受到的剪應(yīng)力趨近于零[3]。

2.2.4 瀝青路面的運(yùn)營(yíng)管理

若路面實(shí)際承受荷載量超出設(shè)計(jì)荷載量，會(huì)提升路面車轍病害發(fā)生概率。在當(dāng)前交通工程運(yùn)行過程中，超載、重載現(xiàn)象雖有所改善，但仍屢禁不止，這一現(xiàn)象會(huì)明顯加重道路運(yùn)營(yíng)負(fù)擔(dān)，長(zhǎng)此以往，會(huì)導(dǎo)致瀝青路面發(fā)生車轍危害。這是因?yàn)樵谲囕喫?、豎向荷載作用下，瀝青面層內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生剪應(yīng)力，若該剪應(yīng)力大于瀝青材料的承受能力，會(huì)產(chǎn)生不可恢復(fù)的變形，該變形現(xiàn)象若不斷累積，最終會(huì)形成車轍。

3 瀝青路面抗車轍性能提高策略

3.1 優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為提高瀝青路面抗車轍性能，施工單位首先要做好瀝青路面的封層工作，均勻撒上透層油，提高面層封水性能及黏結(jié)性能。此外，還需要根據(jù)項(xiàng)目需求選擇科學(xué)合理的路面結(jié)構(gòu)形式。我國(guó)常用的瀝青路面結(jié)構(gòu)有兩種，分別為半剛性路面結(jié)構(gòu)與柔性路面結(jié)構(gòu)[4]。相比半剛性路面結(jié)構(gòu)，柔性路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較小，但其對(duì)于預(yù)防反射裂縫危害具有明顯優(yōu)勢(shì)。但是在高溫條件下，半剛性路面結(jié)構(gòu)能夠在一定程度上延長(zhǎng)車轍危害發(fā)生的時(shí)間?；诖耍┕挝恍枰鶕?jù)項(xiàng)目所處地域環(huán)境特征以及項(xiàng)目要求選擇合適的路面結(jié)構(gòu)，以此優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)瀝青面層使用壽命。

3.2 合理選擇施工材料

3.2.1 結(jié)合實(shí)況調(diào)整瀝青混合料級(jí)配

針對(duì)瀝青路面，可以通過調(diào)整瀝青混合料集配的方式提高其抗車轍性能。在此過程中可以采取以下對(duì)策：（1）減少細(xì)集料的使用量，在一定程度上增加骨料用量，促使瀝青混合料從懸浮密實(shí)性轉(zhuǎn)變?yōu)楣羌苊軐?shí)結(jié)構(gòu)，提高其承載力；（2)合理提高粉膠比，促使瀝青混合料間的黏度得以提高[5]。

具體而言，瀝青路面混合料構(gòu)成不同，其所展現(xiàn)出來的強(qiáng)度也會(huì)有所不同，受自然因素的影響表現(xiàn)各異。在高溫條件下，瀝青混合料自身穩(wěn)定性主要取決于礦料骨架，尤其是混合料中的粗集料具有嵌擠作用，若施工單位能夠結(jié)合項(xiàng)目需求，對(duì)混合料級(jí)配進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，適當(dāng)增加粗集料與大粒徑集料用量，以此提高混合料的內(nèi)摩擦阻力與嵌擠力，滿足瀝青面層的抗變形性能，那么最終能夠提高其抗車轍性能，進(jìn)而保障工程后期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2.2 優(yōu)化瀝青混合料空隙率設(shè)計(jì)

通常情況下，將瀝青混合料空隙率控制在4%～6%為最佳，項(xiàng)目要求較高的情況下，需要將空隙率控制在4.5%～5%。這是因?yàn)楫?dāng)混合料空隙率高達(dá)7%時(shí)，其透水性較高，極易導(dǎo)致路面發(fā)生水損害，進(jìn)而影響瀝青混合料的穩(wěn)定性。此外，因?yàn)榭障堵试黾拥脑?，混合料與空氣接觸面增加，時(shí)間一長(zhǎng)易增加其老化速度，導(dǎo)致瀝青路面耐久性無法得到保證。當(dāng)空隙率較低，小于3%時(shí)，又極易出現(xiàn)車轍危害，因此，以4%～6%最佳。當(dāng)前，施工單位通常在瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)施工活動(dòng)中，以壓實(shí)度為馬氏密度的97%進(jìn)行控制[6]。

3.2.3 重視瀝青底面層目標(biāo)設(shè)計(jì)

由于車轍病害不僅會(huì)影響瀝青面層，嚴(yán)重情況下瀝青底面層結(jié)構(gòu)也會(huì)遭到破壞。針對(duì)這一問題，施工單位需要對(duì)其底面層設(shè)計(jì)引起重視。在瀝青料堆的上中下位置取代表性樣料，拌和均勻后開展實(shí)驗(yàn)，為優(yōu)化瀝青混合料配比提供依據(jù)[7]。礦料取樣這一工作意義重大，會(huì)直接影響后期生產(chǎn)配合比，其馬歇爾密度指標(biāo)需要符合表1 中的標(biāo)準(zhǔn)，才能夠正式投入生產(chǎn)活動(dòng)中。

表1 瀝青地面層混合料馬歇爾指標(biāo)

3.3 強(qiáng)化施工質(zhì)量管理

3.3.1 做好瀝青混合料原材料管理

所有用于瀝青混合料生產(chǎn)的原材料，在進(jìn)場(chǎng)之前都需要出具質(zhì)量證明、檢測(cè)證明及其他相關(guān)證明，按批次進(jìn)行抽檢，合格后方可進(jìn)場(chǎng)。對(duì)于存在劣質(zhì)材料的批次，要追究源頭，同一批次皆不能入場(chǎng)，以此保障生產(chǎn)質(zhì)量。已經(jīng)進(jìn)場(chǎng)的原材料，工作人員需要做好存儲(chǔ)工作，根據(jù)材料特性控制存儲(chǔ)區(qū)域的溫度、濕度，避免材料在堆放過程中質(zhì)量受到影響，埋下安全隱患。

3.3.2 控制瀝青混合料拌和質(zhì)量

作為瀝青混凝土路面施工中的重要工序，瀝青混合料的拌和工作直接影響了工程進(jìn)度與工程質(zhì)量。基于此，施工單位要對(duì)此工序引起重視，可采取以下措施：

1）要提高瀝青混合料的均勻性，這里的均勻性指代的是級(jí)配、溫度的穩(wěn)定，以此保障混合料的技術(shù)指標(biāo)能夠滿足項(xiàng)目需求。

2）拌和站在正式工作前還需要對(duì)計(jì)量系統(tǒng)準(zhǔn)確標(biāo)定，確保計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)符合相關(guān)規(guī)范，最終達(dá)到計(jì)量控制可靠的目的。

此外，施工單位還需要做好以下幾點(diǎn)：

1）離析控制。離析控制是保障瀝青混合料應(yīng)用質(zhì)量的主要手段，為避免混合料離析，施工單位應(yīng)嚴(yán)格控制拌和時(shí)間。針對(duì)不同配比的混合料拌和工作，需要在均勻性與生產(chǎn)力之間尋求平衡，以此獲得最佳拌和時(shí)間，提高混合料的質(zhì)量。另外，拌和好的瀝青混合料要立即運(yùn)往施工場(chǎng)地，切記不能存放時(shí)間過長(zhǎng)，否則會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料周邊溫度下降，瀝青料下流過多。在卸料過程中，自卸車要前后移動(dòng)位置，以免卸料過程中大骨料集中于周邊。在運(yùn)輸瀝青混合料過程中，自卸車出站前要加蓋帆蓬，以降低混合料的散熱現(xiàn)象，避免出現(xiàn)溫度離析[8]。

2）成品料溫度控制。若瀝青混合料在拌和過程中溫度過低，極易出現(xiàn)拌和花料現(xiàn)象，并且無法保障后續(xù)瀝青混合料的攤鋪碾壓溫度。若拌和溫度過高，會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料老化速度加快。施工單位需要根據(jù)混合料運(yùn)輸時(shí)長(zhǎng)以及工程對(duì)混合料的空隙率要求，明確出料溫度范圍，以此有效控制瀝青混合料成品溫度。

3）碾壓。瀝青面層的攤鋪壓實(shí)度在很大程度上影響了路面的抗車轍性能。因此，施工單位需要根據(jù)項(xiàng)目需求選擇合適的壓實(shí)設(shè)備，嚴(yán)格控制碾壓速度、壓實(shí)溫度。此外，還需要對(duì)壓實(shí)機(jī)具的組合進(jìn)行考慮，確保各設(shè)備能夠有效配合，最終獲得最佳密實(shí)度。需要注意的是，靠增加碾壓遍數(shù)來增加路面密實(shí)度是錯(cuò)誤的，在壓實(shí)工作中，要充分考慮混合料配合比與溫度，否則一味地增加碾壓遍數(shù)只會(huì)導(dǎo)致混合料磨損程度加重，對(duì)石料棱角性造成破壞。

3.4 完善道路運(yùn)營(yíng)管理機(jī)制

要提高瀝青面層抗車轍性能，相關(guān)單位需要做好道路運(yùn)營(yíng)管理工作，從控制超載、車流量入手，嚴(yán)禁任何超載大貨車上路，避免超出瀝青面層承載力，導(dǎo)致其內(nèi)部出現(xiàn)剪應(yīng)力破壞，長(zhǎng)此以往造成車轍危害。其次，開展車流量管理，根據(jù)公路工程運(yùn)營(yíng)承載量，把控車流量，避免公路工程超負(fù)荷運(yùn)行，為提高其施工性能，延長(zhǎng)使用壽命奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

綜上所述，根據(jù)當(dāng)前我國(guó)公路工程運(yùn)行情況，要提高其抗車轍性能，延長(zhǎng)道路使用壽命，施工單位需要探明車轍形成因素，從路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材料選擇、質(zhì)量管理以及道路運(yùn)營(yíng)管理機(jī)制入手，結(jié)合項(xiàng)目要求采取針對(duì)性的防治措施，以保障道路工程后期運(yùn)行質(zhì)量，為防治車轍病害，延長(zhǎng)公路使用壽命奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。