魏國(guó)棟

（內(nèi)蒙古自治區(qū)交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)鑒定站，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051）

1 引言

車轍是指在行車荷載重復(fù)作用和自然因素綜合作用下產(chǎn)生永久性變形，表現(xiàn)為沿道路縱向產(chǎn)生的帶狀撤槽，嚴(yán)重時(shí)車轍的兩側(cè)會(huì)有突起形變，加劇惡化了路面的使用性能。瀝青路面與水泥混凝土路面相比，瀝青路面有著諸多優(yōu)點(diǎn)，例如表面平整、行車舒適性好、振動(dòng)小、噪音低、施工周期較短、維修和養(yǎng)護(hù)方便等。瀝青路面在高速公路路面中的應(yīng)用占比已達(dá)到90%以上，但是在具體應(yīng)用階段瀝青路面所特有的病害——車轍，已成為繼水損壞之后普遍存在的路面病害類型之一。

20 世紀(jì)70 年代末，美國(guó)各州公路局曾做過調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在被調(diào)查的44條主要公路中有13條公路的損壞是由車轍引起的，占調(diào)查總數(shù)的29.5%；日本的高速公路損壞原因80%以上是由于車轍引起的。對(duì)于我國(guó)的高等級(jí)公路而言，道路交通量的迅速增長(zhǎng)、高速公路重車比例在增大以及車輛超載、超限現(xiàn)象等交通環(huán)境對(duì)瀝青混凝土路面的破壞非常嚴(yán)重，甚至在路面早期就產(chǎn)生車轍現(xiàn)象。葛浩等[1]提出了長(zhǎng)大縱坡瀝青路面車轍防治措施，劉春林[2]分析了瀝青混凝土路面高溫穩(wěn)定性的影響因素。本文對(duì)瀝青混凝土路面的車轍問題進(jìn)行了探討，提出了解決瀝青混凝土路面車轍的幾點(diǎn)措施，以期為改善瀝青混凝土路面的車轍提供依據(jù)。

2 車轍類型

瀝青混凝土路面的車轍根據(jù)形成機(jī)理的不同一般分為以下三類[3]，如表1所示。

3 車轍的形成過程

車轍的產(chǎn)生影響路面的平整度，使行車舒適性能下降；車轍較大的路段對(duì)行車的安全性也會(huì)有影響。另外，在車轍開裂處雨水會(huì)從裂縫中滲入到基層甚至是路基中，易導(dǎo)致路基、路面發(fā)生水損壞。車轍的形成過程可簡(jiǎn)單分為三個(gè)階段。

3.1 開始階段的壓密過程

瀝青混合料是一種多種成分組成的復(fù)雜材料。包括：瀝青結(jié)構(gòu)、礦物結(jié)構(gòu)、以及瀝青-礦粉分散結(jié)構(gòu)。瀝青和瀝青及礦料組成的膠漿在高溫碾壓作用下被擠壓進(jìn)礦料間隙中，使得骨料被重新排列而形成具有一定作用的骨架結(jié)構(gòu)。并且通車后在荷載作用下這種壓密過程還會(huì)進(jìn)一步發(fā)展[4]。

表1 常見的瀝青路面車轍類型

3.2 瀝青混合料流動(dòng)作用

瀝青材料在常溫下呈固態(tài)形式、在高溫下呈液態(tài)形式，在荷載作用下瀝青及瀝青膠漿一部分填充混合料孔隙，起到很好的填充作用，另一小部分將自由流動(dòng)使瀝青混凝土路面在受壓處被壓縮而變形。

3.3 礦料的重新排列及礦質(zhì)骨架的破壞

高溫下瀝青混合料由于瀝青與瀝青膠漿在荷載作用下產(chǎn)生流動(dòng)，瀝青混合料中粗、細(xì)骨料形成主要的骨架作用，瀝青作為潤(rùn)滑劑，特別是瀝青用量偏高時(shí)瀝青與瀝青膠漿的流動(dòng)性會(huì)更加明顯。在荷載的反復(fù)作用下最終會(huì)導(dǎo)致骨架失穩(wěn)而使礦質(zhì)骨架破壞。

4 瀝青混凝土路面車轍影響因素

目前，改善瀝青混凝土路面車轍的措施有：在施工過程中使用SBS改性瀝青，鋪筑瀝青瑪蹄脂SMA路面，調(diào)整、優(yōu)化礦料級(jí)配等。這些措施對(duì)提高瀝青混凝土路面高溫穩(wěn)定性有很大改善，但怎樣有效控制瀝青混凝土路面的車轍仍然是當(dāng)前所面臨的課題。根據(jù)我國(guó)目前的經(jīng)驗(yàn)，瀝青混凝土路面車轍的影響因素主要有以下四個(gè)方面：

4.1 材料

瀝青是由不同分子量的碳?xì)浠衔锛捌溲苌锝M成的復(fù)雜混合物，是一種無定形物質(zhì)，瀝青隨著測(cè)試溫度的升高逐漸被軟化。因此軟化點(diǎn)也是評(píng)價(jià)瀝青高溫性能的一個(gè)重要指標(biāo)。粘聚力和內(nèi)摩擦角影響著瀝青混合料的強(qiáng)度，其中材料因素包括瀝青、礦質(zhì)集料、填料以及纖維等[5]。

4.1.1 瀝青種類和用量的影響

瀝青種類和用量的不同，將影響瀝青混合料的性能。不同品種、類型的瀝青，其混合料性能也不同。根據(jù)氣候狀況瀝青材料種類應(yīng)選擇針入度小、軟化點(diǎn)高、延度較高、粘度較高的改性瀝青，此類瀝青的高溫穩(wěn)定性較好。

瀝青用量的多少將影響瀝青混合料的骨架嵌入、擠壓效果，對(duì)瀝青混合料的抗車轍性具有重要作用，因此在實(shí)際施工過程中瀝青用量要嚴(yán)格控制。隨著瀝青含量的不斷增加，瀝青混合料的穩(wěn)定度將隨之下降，流值增大，動(dòng)穩(wěn)定度降低，瀝青混合料抗車轍變形能力明顯降低[6]。這表明在瀝青混合料組成中，混合料中瀝青含量對(duì)抗車轍能力有顯著影響。瀝青含量較少時(shí)，瀝青與瀝青膠漿不足以填充混合料中的間隙，使得混合料壓實(shí)不足。瀝青含量太大時(shí)，游離瀝青又會(huì)削弱礦料之間的嵌擠力，降低瀝青混合料的內(nèi)摩阻力，而且在夏季容易產(chǎn)生泛油現(xiàn)象，使瀝青混合料變形而形成車轍[7]。

4.1.2 礦料的影響

首先，礦質(zhì)骨料表面紋理、形狀、針片狀含量以及集料與瀝青的粘附性能都影響瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。針片狀顆粒含量低、粗糙、接近立方體表面形狀的礦料易形成骨架嵌擠結(jié)構(gòu)，有利于提高瀝青混合料的抗車轍性能。

其次，礦料級(jí)配對(duì)瀝青混合料的抗車轍性也很重要。僅增加礦料粒徑并不能有效改善路面的抗車轍性能。良好合理的級(jí)配對(duì)改善瀝青混合料高溫穩(wěn)定性能有很大幫助。這是因?yàn)榱己玫募?jí)配可以在礦料之間形成良好的骨架，使空隙率降低從而顯著提高了瀝青混合料的抗車轍性能[8]。

最后，為了增加瀝青與集料之間的粘附性并減少水損害，宜使用中性或堿性石料，不宜使用酸性石料。必要時(shí)可摻抗剝落劑或石灰、水泥等填料使其增加與集料的粘附性能。填料在瀝青混合料中，雖然摻量較少，但作用不容忽視，它能分散瀝青混合料中形成的瀝青膜并包裹在礦料表面，使礦料之間的粘結(jié)力增強(qiáng)。

4.2 路面結(jié)構(gòu)

瀝青路面類型和路面厚度的組合不同也與路面車轍有很重要關(guān)系，同一種材料用于不同的路面結(jié)構(gòu)中其體現(xiàn)的性能也不同，路面結(jié)構(gòu)類型的選擇以及路面結(jié)構(gòu)層組合的合理性對(duì)路面的高溫穩(wěn)定性有很大的影響。瀝青面層厚度與公路等級(jí)、交通量和瀝青種類有關(guān)，應(yīng)綜合確定。應(yīng)根據(jù)交通量大小及材料的力學(xué)性能和機(jī)械的擴(kuò)散能力來綜合選擇基層和底基層的厚度。

合理選擇瀝青路面結(jié)構(gòu)層次，是整個(gè)路面結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)、合理的關(guān)鍵，也是整個(gè)路面結(jié)構(gòu)能否在設(shè)計(jì)使用壽命中承受各種荷載和自然因素的關(guān)鍵。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量的控制

瀝青混凝土在現(xiàn)場(chǎng)施工中一定要控制好混合料的均勻性和壓實(shí)度，混合料的均勻性要從拌合-運(yùn)輸-攤鋪-碾壓過程中整體來控制，而壓實(shí)度也是質(zhì)量控制的關(guān)鍵指標(biāo)，選擇其滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。一般在施工現(xiàn)場(chǎng)要合理控制好壓實(shí)機(jī)具的型號(hào)、數(shù)量及碾壓遍數(shù)來提高壓實(shí)要求?，F(xiàn)場(chǎng)空隙率和滲水性是否滿足規(guī)范要求也是造成車轍發(fā)生的重要因素?？障堵室话憧刂圃?%～6%，提高混合料的密水性，如果施工現(xiàn)場(chǎng)混合料發(fā)生離析現(xiàn)象，則粗骨料集中部分將導(dǎo)致壓實(shí)不足、空隙率大、水密性差，易造成水損害。在細(xì)骨料集中的地方，雖然空隙率較小，滲水較好，但在夏季高溫重載情況下易發(fā)生變形從而產(chǎn)生車轍。

4.4 外部因素

瀝青混合料是一種粘-彈性材料。其物理、力學(xué)性能受外部環(huán)境條件（環(huán)境溫度和外部荷載）影響很大。我國(guó)路面設(shè)計(jì)的車輪標(biāo)準(zhǔn)載荷為（0.7±0.05）MPa，但在道路運(yùn)行過程中，超載現(xiàn)象普遍存在。荷載的增加進(jìn)一步導(dǎo)致了車轍問題越來越嚴(yán)重。因此，道路在運(yùn)行過程中必須嚴(yán)格控制車輛的超載，在設(shè)計(jì)方面適當(dāng)?shù)奶岣咭?。車轍的室內(nèi)試驗(yàn)溫度通常為（60±0.5）℃。但是，我國(guó)南方和北方地域溫差比較大，這勢(shì)必導(dǎo)致動(dòng)穩(wěn)定性的不同。隨著溫度的升高，瀝青的粘度變小，抗蠕變能力降低。在外力的作用下，動(dòng)穩(wěn)定性會(huì)下降，車轍變形會(huì)增加，高溫下的瀝青路面很容易產(chǎn)生車轍[9]。

車轍與瀝青路面的路線設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)組成、交通情況和環(huán)境密切相關(guān)。在設(shè)計(jì)方面，應(yīng)盡量減小縱向坡度，縱向坡度越長(zhǎng)在夏季高溫季節(jié)更容易引起車轍現(xiàn)象。就結(jié)構(gòu)組成而言，應(yīng)做好透層、封層、粘層各道工序，確?；鶎优c面層、面層與面層之間聯(lián)接良好形成穩(wěn)定的整體。在交通和環(huán)境方面，車轍的影響主要體現(xiàn)在過多的超載車輛和低速、上坡行駛中等方面。

因此，在公路建設(shè)前，要充分考慮所有可能的不利因素，采取相應(yīng)的措施，以減少或延緩車轍的產(chǎn)生。

5 減少瀝青混凝土路面車轍的措施

通過近幾年我國(guó)道路車轍的形成原因分析，根據(jù)瀝青路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，針對(duì)交通和氣候等不利條件，從原材料的選擇、配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)、路面結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)和施工過程中的質(zhì)量控制等方面來考慮改善瀝青混合料的車轍性能。

建議采取以下措施來改善瀝青混凝土路面的車轍病害：

①選擇適合的瀝青。

選擇的瀝青應(yīng)為粘度高，粘聚力強(qiáng)，軟化點(diǎn)高，蠟含量相對(duì)低的改性瀝青，并且控制好瀝青用量。

瀝青與集料的粘附性是評(píng)價(jià)瀝青性能的重要指標(biāo)，粘附性的好壞將影響瀝青路面的使用性能和耐久性，在基質(zhì)瀝青中摻加樹脂聚合物、橡膠聚合物等來改善瀝青性能，從而增加瀝青的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。例如：在基質(zhì)瀝青中摻加苯乙烯類共聚物SBS從而有效地改善瀝青的溫度性能、拉伸性能、彈性、內(nèi)聚附著性能、混合料的穩(wěn)定性、耐老化性等。

②選擇粒徑合適的集料并且優(yōu)化設(shè)計(jì)成最佳級(jí)配，集料應(yīng)具有棱角容易在合成級(jí)配中形成嵌擠狀態(tài)。

在瀝青混合料中粗骨料之間的鑲嵌作用可以提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性，這也取決于集料的壓碎值、顆粒形狀和棱角性。通常粗骨料的形狀接近立方體且沒有明顯的分層層理、表面粗糙、內(nèi)摩擦角增大，同時(shí)應(yīng)合理調(diào)整優(yōu)化礦料級(jí)配，使礦料級(jí)配成“S”型走向，適當(dāng)?shù)脑黾哟止橇嫌昧勘ＷC骨料之間的嵌擠作用，使瀝青混合料抗變形能力增加從而提高高溫抗車轍能力。

③根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件選擇合適的瀝青混合料類型，以避免瀝青混合料的高溫流動(dòng)變形。

④添加少量外摻劑，例如粒狀聚合物、橡膠等，可以在瀝青混合料中添加抗車轍劑以改善瀝青混合物的高溫穩(wěn)定性。

⑤做瀝青混合料配合比時(shí)控制好孔隙率不能低于規(guī)范值，根據(jù)瀝青混合料類型參照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》選擇。

⑥控制好每個(gè)結(jié)構(gòu)層材料模量比。

⑦在施工過程中嚴(yán)格控制每個(gè)工序的質(zhì)量，控制好壓實(shí)度增強(qiáng)路基強(qiáng)度、穩(wěn)定性，防止結(jié)構(gòu)型車轍的發(fā)生。

⑧合理規(guī)化交通，限制超載車輛通行，對(duì)已經(jīng)形成車轍的路段應(yīng)盡快維修、養(yǎng)護(hù)，避免車轍再擴(kuò)大。

⑨適當(dāng)提高粉膠比，增強(qiáng)層間結(jié)合力，加強(qiáng)道路壓實(shí)度，提高道路的整體強(qiáng)度。

在瀝青混合料中適當(dāng)?shù)脑黾臃勰z比，尤其是在SMA瀝青混合料中，礦粉的用量更多，隨著礦粉用量的增加，混合料的孔隙率減小，動(dòng)穩(wěn)定性有所提高。

如果瀝青面層之間粘結(jié)不好，有水滲入層間會(huì)使瀝青路面受力狀態(tài)發(fā)生改變，在重載作用下很容易產(chǎn)生推移、擁包，最終導(dǎo)致路面破壞。所以一定要確保粘層油的灑布量和灑布的均勻性，使瀝青面層與面層之間形成一個(gè)有機(jī)的整體。

6 結(jié)語

綜上所述，通過不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備的知識(shí)，本文總結(jié)出如下兩種措施，可使車轍問題盡可能的減少，從而提高道路的整體性能和使用壽命。

①提高瀝青混凝土路面車轍能力應(yīng)選用粘度高、粘聚力強(qiáng)、軟化點(diǎn)高的改性瀝青，對(duì)于集料應(yīng)選用壓碎值高、表面粗糙、棱角性好的集料，配合比設(shè)計(jì)過程中要優(yōu)化礦料級(jí)配使礦料級(jí)配成“S”型走向形成密實(shí)骨架結(jié)構(gòu)[10]。

②在目前的規(guī)范要求下按照馬歇爾試驗(yàn)方法進(jìn)行瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)、驗(yàn)證，采用統(tǒng)一方法計(jì)算混合料的體積指標(biāo)，按照當(dāng)?shù)芈访娴膶?shí)際溫度進(jìn)行車轍試驗(yàn)，必要時(shí)提高車轍的試驗(yàn)溫度。控制好施工現(xiàn)場(chǎng)的空隙率，提高壓實(shí)質(zhì)量，改善面層、基層的排水性能，綜合治理車輛的超限、超載現(xiàn)象，從而使車轍問題盡可能的減少、避免。