彭桂崇

（廣東中地路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，廣東 惠州 516057）

0 引言

瀝青路面具有平穩(wěn)舒適、施工期短、耐久抗滑性能好等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)公路工程建設(shè)中取得了廣泛應(yīng)用，但是隨著公路上的交通量和荷載不斷增加且全球氣候的變暖，導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生如泛油、車轍、沉陷等多種病害，其中以車轍最為普遍和典型。車轍破壞路面的平整度，影響行車平順；降低路面結(jié)構(gòu)的整體性，引發(fā)二次破壞；減弱路面的排水功能，危害行車安全。因此，研究瀝青路面抗車轍性能十分有利于解決我國(guó)大量瀝青路面公路現(xiàn)存或者即將出現(xiàn)的車轍問(wèn)題，同時(shí)也具有十分重要的工程、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。

1 車轍的類型及形成機(jī)理

1.1 車轍的類型

不同的車轍形成的原因并不相同。按照不同的成因，車轍可以分為以下四大類[1]。

1.1.1 失穩(wěn)型車轍。失穩(wěn)型車轍是一種流動(dòng)性的車轍。在路面荷載的作用下，瀝青混合料發(fā)生流動(dòng)，當(dāng)外界荷載對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的剪切力超過(guò)其自身的抗剪強(qiáng)度時(shí)，即出現(xiàn)變形，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的積累就會(huì)形成失穩(wěn)型車轍。該類車轍在車輛荷載的兩側(cè)都有隆起，呈“W”型。

1.1.2 結(jié)構(gòu)型車轍。結(jié)構(gòu)型車轍是在交通荷載的反復(fù)作用下，路基強(qiáng)度不足以承受從而發(fā)生的永久性變形，并且將這種變形傳遞至路面結(jié)構(gòu)各層。這類車轍輪跡兩側(cè)沒(méi)有明顯的隆起現(xiàn)象，多呈現(xiàn)凹形下陷，寬度較大。

1.1.3 壓密型車轍。壓密型車轍的形成主要是由于在路面施工的過(guò)程中，沒(méi)有將瀝青混合料充分壓實(shí)。在路段進(jìn)入實(shí)際使用之后，在高強(qiáng)度交通荷載反復(fù)作用下不斷壓實(shí)路面，減小瀝青層的空隙率，最終產(chǎn)生這種病害。壓密型車轍的下凹發(fā)生在車輛輪跡處，所以對(duì)車輛行駛的平順性及安全性有非常大的影響。但是這種車轍也是最容易避免的，只需要加強(qiáng)施工的規(guī)范性即可。

1.1.4 磨耗型車轍。磨耗型車轍是車輪磨損或者其他自然因素的作用給瀝青路面的頂層材料造成的不可恢復(fù)的永久性損傷。特別是在北歐一些國(guó)家，由于使用特種輪胎如埋釘輪胎、防滑鏈輪胎等，加大了對(duì)頂層材料的損耗，該種車轍較為多見(jiàn)，在我國(guó)較少。

1.2 車轍的形成機(jī)理

四大類車轍的形成過(guò)程具有一致性，都要經(jīng)歷三個(gè)階段：空隙減少的壓密過(guò)程，混合料整體的流動(dòng)過(guò)程及粗細(xì)集料的重新排列及破壞過(guò)程[2]。

1.2.1 空隙減少的壓密過(guò)程。在碾壓之前，瀝青混合料是由瀝青礦料及空氣組成的混合物，其狀態(tài)松散。在進(jìn)行碾壓時(shí)，由于外界機(jī)械荷載及高溫的作用，使得處于半流動(dòng)狀態(tài)的瀝青和由瀝青及細(xì)集料、礦粉組成的膠漿被擠進(jìn)混合料的間隙，從而結(jié)構(gòu)變密實(shí)、變穩(wěn)定。

1.2.2 混合料整體的流動(dòng)過(guò)程。在鋪成瀝青路面后，整個(gè)混合料以一種半固態(tài)的形式存在。在交通荷載及環(huán)境溫度等的反復(fù)作用下，瀝青及由瀝青和細(xì)集料、礦粉組成的膠漿進(jìn)一步發(fā)生流動(dòng)，填充了混合料的部分空隙，但是也導(dǎo)致了混合料變形，從而在輪跡兩側(cè)隆起，形成車轍。

1.2.3 粗細(xì)集料的重新排列及破壞過(guò)程。隨著瀝青和瀝青膠漿的流動(dòng)，在瀝青混合料中粗細(xì)骨料組成的骨架成為瀝青路面最終的荷載承擔(dān)者，而瀝青喪失了承擔(dān)交通荷載的作用。同時(shí)在高強(qiáng)度交通荷載的作用下，瀝青還充當(dāng)骨料間的潤(rùn)滑劑，進(jìn)一步促使瀝青和瀝青膠漿流向富集區(qū)，最終流向混合料自由面。

2 車轍的影響因素

2.1 內(nèi)在因素

2.1.1 混合料類型。在瀝青混合料中，骨料是非常重要的組成部分，而級(jí)配又是衡量骨料的重要指標(biāo)。已有研究表明瀝青路面抗車轍的能力有60%～70%取決于骨料的級(jí)配。集料的最大堆積密度越大即越密實(shí)，瀝青混合料的抗車轍性能越好，但SMA 是例外。骨料的另一個(gè)重要指標(biāo)是粒徑，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為骨料的粒徑越大，其抗車轍性能越好，但是也有研究表明粗粒式集料的抗車轍性能不如中粒式和細(xì)粒式。

2.1.2 材料性質(zhì)。瀝青、粗細(xì)骨料和礦粉是組成瀝青混合料的主要部分，因此它們的性質(zhì)也直接決定著瀝青混合料的抗車轍性能。瀝青在整個(gè)混合料中起主要的黏附作用，要根據(jù)不同的交通情況及環(huán)境溫度情況選用不同性質(zhì)的瀝青，特別是對(duì)于交通強(qiáng)度大、環(huán)境溫度高的地區(qū)，要通過(guò)選擇黏稠的瀝青或者添加新型聚合料以提高混合料的高溫穩(wěn)定性，從而提高抗車轍性能。

骨料在整個(gè)混合料中起支撐骨架的作用，骨料的粒形會(huì)影響骨架的穩(wěn)定性。表面粗糙和有較多棱角的骨料能形成大的內(nèi)摩擦角，使結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定；相反地，表面光滑和圓形的骨料，骨料之間易發(fā)生滑動(dòng)降低了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的提高反映在整個(gè)混合料上，就是高溫穩(wěn)定性的提高，即抗車轍性能的提升[3]。礦粉的存在可以減少骨料間游離瀝青的比例，從而降低游離瀝青的潤(rùn)滑作用使得混合料更加穩(wěn)定，提高了抗車轍性能。已有研究表明，粉膠比應(yīng)該控制在1.0～2.0 之間[4]。

2.2 外部因素

交通量、荷載、行車速度、渠化交通、彎道坡道的設(shè)置等都會(huì)直接影響瀝青路面的抗車轍性能。此外，環(huán)境的溫度和濕度也有非常重要的影響。溫度上升時(shí)，瀝青路面的變形將增大，抗車轍性能降低。車轍試驗(yàn)在浸水條件下的動(dòng)穩(wěn)定度小于普通條件[5]。

3 瀝青路面抗車轍性能試驗(yàn)分析

基于上述瀝青路面車轍的類型、形成機(jī)理及影響因素的分析，進(jìn)行抗車轍性能試驗(yàn)研究。所用瀝青為SBS 改性瀝青，且前期進(jìn)行了試驗(yàn)所用的改性瀝青、粗集料、細(xì)集料和礦粉的技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均滿足《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40—2004）的技術(shù)要求。礦料的配合比按S 型瀝青混合料級(jí)配設(shè)計(jì)原則確定，無(wú)論在低溫還是高溫情況下，瀝青混合料的抗裂性和穩(wěn)定性都可以得到保證。選取三種不同的級(jí)配類型進(jìn)行試驗(yàn)：AC-13、AC-16、AC-25。其中AC-25、AC-16、AC-13 改性瀝青混合料的最佳油石比分別為4.3%、4.9%和5.2%。

3.1 溫度對(duì)抗車轍性能的影響

溫度是影響瀝青混合料抗車轍性能的一個(gè)非常主要的因素。針對(duì)改性AC-13、改性AC-16、改性AC-25 三種瀝青混合料，分別進(jìn)行50℃、60℃、70℃三種溫度下的高溫穩(wěn)定性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表1和圖1、圖2所示。

表1 不同溫度下車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表1和圖1可以看出，隨著溫度逐漸升高，改性AC-13 瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度從50℃到60℃下降了49%，從60℃到70℃下降了48%；改性AC-16 瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度從50℃到60℃下降了51%，從60℃到70℃下降了48%；改性AC-25 瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度從50℃到60℃下降了52%，從60℃到70℃下降了39%。這說(shuō)明，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性對(duì)溫度的敏感性較高，且溫度升高高溫穩(wěn)定性減弱，同時(shí)抗車轍能力也減弱了。

由表1和圖2可知，在溫度一定的情況下，公稱最大粒徑越大，瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度越大，即瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度與其公稱最大粒徑成正相關(guān)：在溫度一定時(shí)，改性AC-13＜改性AC-16＜改性AC-25。所以在實(shí)際工程中，適當(dāng)選用公稱最大粒徑較大的瀝青混合料可以提高其抗車轍的能力。

3.2 荷載對(duì)抗車轍性能的影響

荷載是瀝青混凝土路面形成車轍的另一個(gè)典型且常見(jiàn)的作用因素。針對(duì)改性AC-13、改性AC-16、改性AC-25 三種瀝青混合料，分別進(jìn)行輪載壓強(qiáng)為0.7MPa、1.0MPa、1.3MPa 的抗車轍性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表2和圖3所示。

表2 不同輪載壓強(qiáng)抗車轍試驗(yàn)結(jié)果

由表2和圖3可以看出，隨著輪載壓強(qiáng)逐漸增大，改性AC-13 瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度從0.7MPa 到1.0MPa 下降了32%，從1.0MPa 到1.3MPa 下降了28%，改性AC-16 瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度從0.7MPa到1.0MPa 下降了27%，從1.0MPa 到1.3MPa 下降了30%，改性AC-25 瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度從0.7MPa到1.0MPa 下降了26%，從1.0MPa 到1.3MPa 下降了24%。這說(shuō)明，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性對(duì)荷載的敏感性較高，且荷載增大其高溫穩(wěn)定性減弱，同時(shí)抗車轍能力也減弱了。

4 瀝青路面抗車轍性能的改善措施

4.1 降溫減荷

根據(jù)上文的試驗(yàn)研究已知高溫是瀝青路面形成車轍的一個(gè)重要因素。由于瀝青具有一定的吸熱性，當(dāng)環(huán)境溫度較高再加上輪胎與路面摩擦產(chǎn)生的熱量，瀝青路面的實(shí)際溫度更高。當(dāng)實(shí)際溫度達(dá)到瀝青混合料的軟化點(diǎn)時(shí)，就為車轍病害的形成提供了基礎(chǔ)。針對(duì)這種情況對(duì)于不同的地區(qū)可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐娜鞖鉁刈兓?guī)律、交通量情況設(shè)置灑水的方式方法及時(shí)間段，從而有效地降低瀝青路面的溫度，避免車轍的形成。另外還要限制超重、超限情況的發(fā)生，減小瀝青路面的行車荷載。

4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)研究，車輛在爬坡時(shí)相較于在平面路段行駛會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生更大的行車荷載，從而更容易對(duì)瀝青路面造成損傷，形成車轍；車輛在紅綠燈路口范圍，因停車等待、剎車、變道等造成行駛速度慢，也更容易形成車轍。針對(duì)這一情況，可以通過(guò)設(shè)置緩和坡、增設(shè)專用爬坡用道、減小坡度縮短坡長(zhǎng)、在爬坡路段和紅綠燈路口范圍用水泥混凝土面層代替瀝青路面等方式來(lái)減小對(duì)瀝青路面的損害，優(yōu)化瀝青配合比設(shè)計(jì)，摻加抗車轍劑等，提高其抗車轍的性能。

4.3 健全、創(chuàng)新養(yǎng)護(hù)工藝措施

“重施工輕養(yǎng)護(hù)”是工程施工和運(yùn)營(yíng)中較常見(jiàn)的一個(gè)理念。其實(shí)，養(yǎng)護(hù)工作應(yīng)該貫穿于整個(gè)瀝青路面從施工到使用的全過(guò)程。平時(shí)不注重養(yǎng)護(hù)就會(huì)埋下車轍及其他病害的隱患，從而降低瀝青路面的使用效率及應(yīng)用價(jià)值。因此，要建立標(biāo)準(zhǔn)化的瀝青路面全生命周期養(yǎng)護(hù)體系，同時(shí)要對(duì)現(xiàn)有的養(yǎng)護(hù)工藝及措施進(jìn)行及時(shí)的創(chuàng)新和優(yōu)化，積極引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，針對(duì)越來(lái)越多的新型混合料瀝青路面制定對(duì)應(yīng)的養(yǎng)護(hù)工藝措施及標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

上文梳理了瀝青路面車轍的類型并且分析了車轍形成的機(jī)理及影響因素，進(jìn)行了溫度和荷載對(duì)瀝青路面車轍影響的試驗(yàn)研究，提出了瀝青路面抗車轍性能的改善措施。得到了以下結(jié)論：其一，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性對(duì)溫度的敏感性較高，且隨溫度升高高溫穩(wěn)定性減弱，同時(shí)抗車轍能力減弱。其二，在溫度一定的情況下，公稱最大粒徑越大瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度越大。其三，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性對(duì)荷載的敏感性較高，且荷載增大高溫穩(wěn)定性減弱，同時(shí)抗車轍能力減弱。其四，在輪載壓強(qiáng)一定的情況下，公稱最大粒徑越大瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度越大。其五，可以通過(guò)降溫減荷，優(yōu)化設(shè)計(jì)，健全、創(chuàng)新養(yǎng)護(hù)工藝措施等方式方法改善瀝青路面的抗車轍性能。