沥青混合料高温性能分析

1、沥青路面车辙成因及对策分析一、提出问题随着高速公路的迅速发展，交通运输发展越来越快，车辆交通的渠化及轴载的增大，车辙成为沥青路面最普遍的破坏形式。车辙的形成不仅会导致路面积水，厚度减薄，直接影响行车的舒适性和安全性，还会引起路面其他破坏形式的产生和加剧。试验表明，如果路面不透水，5mm的车辙深度将会对行车安全带来威胁1。二、研究现状目前，可用于沥青混合料高温稳定性试验的方法很多，其中车辙试验是沥青混合料高温稳定性试验中应用最普遍也是最常见的一种试验方法。其他试验方法还包括试验室圆柱试件的单轴静载、动载、重复试验，三轴静载、动载、重复试验，径向静载、动载、重复试验，简单剪切的静毅、重复加载和动力

2、试验。此外还有中空圆柱试件的动力、剪切试验，棱柱梁试件的弯曲蠕变试验，大型环道、直道试验设备的足尺路面高温性能试验和现场试验路面的加速车辙试验等。一些研究者应用非线性的粘弹性理论来建立沥青路面永久变形的本构模型。Sousa等人建立了一个粘弹塑模型来计算沥青混凝土的永久变形特性2。Ransamooj建立了一个弹塑性模型，在模型中使用了Rowe的应力膨胀理论,得出了永久体积和垂直应变的关系，最后计算了沥青路面的塑性应变3。得出了永久体积和垂直应变的关系，最后计算了沥青路面的塑性应变。Collop 等表达了一个重复荷载作用下沥青混凝土的车辙计算方法,这个模型把路面看成线粘弹性体4。Judycki 对

3、常规和改性沥青混凝土在蠕变实验条件下的非线性的粘弹性行为进行了研究,建立了一个非线性的粘弹性数学模型5。东南大学也指出了用马歇尔稳定度评价高温稳定性的不足，提出马歇尔试验本身除不能模拟车辙的发生与发展历程外.在诸如试件成型方法、试件形状、指标的选用等方面都存在一定问题，并阐述了车辙变形规律67。郑一鸣教授还对沥青混合料进行了车辙试验的研究.指出温度、试件厚度、沥青针入度指数、沥青用量、矿料级配等因素对动稳定度的影响，并提出了动稳定度指标的建议值，并提出基于车辙试验的车辙预估模型，它是一个集理论与经验于一体的车辙预估和限制方法新框架，为车辙研究开辟了一条新途径89。我国交通部公路科学研究所应用加

4、速加载设备研究半刚性基层沥青路面车辙变形规律，该工作使车辙研究跨入了一个新的台阶10。同时同济大学徐世法也迸行了沥青路面的粘弹性力学分析和车辙预估11。三、存在问题沥青混合料是具有一定级配的矿质集料通过一定量的沥青胶结料作为粘结料拌和而成的具有一定粘弹性质的混合物，其路用性能与温度有着密切的关系。首先抗车辙性能与温度有着密切关系，目前我国大部分公路采用的都是连续式密级配，以悬浮密实型结构为主，粗集料间被其下档料所隔开，几乎没有形成骨架结构，沥青混合料的强度以沥青与矿料之间的粘结力为主，在高温状态下，沥青混合料的粘结作用大幅度下降，车辆荷载产生的强大的水平剪切作用主要由矿料级配的嵌挤作用来抵抗，

5、沥青混合料抵抗车辙能力大幅度降低，因此，温度是影响沥青路面抗车辙性能的一个重要因素。其次，沥青混合料车辙试验评价指标的欠合理性也是导致沥青路面产生车辙的重要原因。大量的实践经验表明，稳定度和路面车辙的相关性很差，稳定度满足要求的沥青混合料在实际中照样产生车辙，因此马歇尔设计方法中稳定度指标已经不能很好的评价沥青混合料的高温稳定性。车辙试验能够充分模拟沥青路面上车轮行驶的实际情况，然而通过试验分析可以看出，有的沥青混合料动稳定度相同，有的地区，沥青混合料动稳定度满足规范要求，动稳定度值甚至很大，但在道路实际通车运营后照样产生车辙；相反，有的地区沥青混合料的动稳定度达不到规范要求值，道路实际运营中

6、却不曾出现车辙。虽然现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）要求高等级公路的沥青混合料必须在规定的试验条件下进行车辙试验，对于不同的气候分区提出了不同的指标要求。但从上诉问题可以看出，这种气候分区下的动稳定度评价指标显然是不科学的。再者，车辙试验是在规定的轮压、相同行走次数条件下进行的，对于不同的道路，交通大小及车型都会存在差异，动稳定度评价标准中没有对不同交通状况的道路进行区分评价12。四、技术措施1、优化沥青面层结构与级配综观国内外所进行的有关车辙问题的研究，可以看出普遍存在“重材料轻结构”的现象。大量的技术措施集中在表层材料的选择和沥青混合料的组成设计等方面，随着研究的深

7、入，路面结构是一个不可忽视的因素。沥青混合料的高温抗车辙能力有60%依赖于矿料级配的嵌挤作用，沥青结合料则提供40%的抗车辙能力。通过对较好路段及车辙严重段的级配曲线和混合料组成的认真分析，认为若完全按规范级配范围进行控制，可能出现集料颗粒在可能的重排下达到最密实的级配，这种级配对沥青含量很敏感，沥青用量的微小变化，混合料很容易变得可塑，而使路面产生较大车辙，不能满足重载交通对路面提出的要求。同时随着施工设备和工艺水平的提高，也容许级配范围变窄。所以为避免路面过早出现较大车辙，优化上、中、下面层沥青混合料级配范围，建议对现有规范级配范围进行调整，设计思想是向形成紧密嵌挤骨架结构靠近，采用“抬头

8、平尾”的骨架密实型级配，它不仅有较高的抗车辙能力和较小的空隙率，而且构造深度大，能满足抗滑的需要。同时要控制4.75mm以上集料的用量。2、采用优质结合料沥青胶结料的选取应根据工程所在地气候条件，交通量情况，考虑选用高、低温性能良好的改性沥青。如采用基质沥青建议增加对沥青感温性指标针入度指数(N)的检测等;如采用改性沥青，建议对其进行PG等级评价。若采用改性沥青或改性沥青混凝土，严格控制沥青用量，尽可能提高沥青混合料的动稳定度，从而改善抗车辙能力。根据多年的试验研究结果，沥青混合料动稳定度主要取决于沥青结合料，采用重交通石油沥青AH-90或AH-70的密级配沥青混合料，动稳定度小于1500次/

9、mm，采用改性沥青后动稳定度则可大幅度提高。例如:4%-5%SBS改性沥青混合料动稳定度大于4000次/mm 。在超载车辆多、气温超高、上坡段等地段，建议沥青胶结料的选用应考虑高温再提高一个或两个性能等级。3、加强沥青路面层间结合目前部分项目为了竣工通车时有一个漂亮的外表，要求做完中面层后，将交通工程、绿化、通讯等一次做完，最后全幅摊铺上面层。这样势必造成中面层放置时间过长，污染严重。施工单位为了清除污染，采取用水冲的方法，不但层间污染不能清除，而且使大量泥水进入中、下面层，形成层间积水。由于层间相距时间较长，加重污染，致使中上面层粘结不好，达不到层间连续的规范要求，给工程留下永久隐患。建议调

10、整施工工序，尽量使三层面层连续摊铺，减少污染，加强层间连接。4、严格施工控制和管理首先，合理提高压实度，适当减少空隙率，其次还要严格控制沥青用量，在沥青路面施工过程中，根据目标配合比设计的原则，认真进行目标配合比设计，经过生产配合比优化调整，确定最优的沥青用量，为保证生产的沥青混合料有足够的沥青用量，以提高沥青混凝土的抗水能力，建议缩小沥青用量允许误差的范围将规范规定的允许误差士0.3缩小为十0.2 -0.1，并在施工控制过程中做全程监控。此外，还要严格控制石料的压碎，为保证沥青混合料在摊铺和碾压过程中基本不产生压碎现象，建议采取以下措施，一是在选择石料时尽可能选择针片状含量小，压碎值小的石料

11、。针片状含量必须严格控制在15%以下，尽可能不超过10%，石料压碎值应控制在24以下；二是改善碾压工艺，当发现石料有压碎现象时，原则上尽可能采用轮胎压路机搓柔碾压，而不采用钢轮压路机振动碾压；三是加强对石料压碎情况的检查，在终压完成后，沥青混凝土尚未冷却的 情况下，局部揭开检查，如有压碎现象，研究分析立生压碎的原因，并采用措施。 最后还要加强材料管理，严把进场关，对用于公路建设的各种材料，必须严把进场关，特别是容易忽视的沙、石材料。必须严格控制规格、压碎值和含泥量，切忌认为使用了优质沥青和改性沥青而一改就灵。5、加强路政管理交通部在2000年2月13日发布了超限运输车辆行驶公路管理规定，对各类

12、车轴的轴载作出了明确规定。路政管理部门要对超限运输车辆行驶公路管理规定广为宣传，以引起全社会的关注，提高司机及车主对超载运输危害的认识，自觉地遵守超限运输车辆行驶公路管理规定。从源头抓超，杜绝私自改装车辆。运输管理部门要采取一定的控制手段，严格限制车辆的改装(载重汽车一般通过增大车厢容积、加强弓字板、采用高强轮胎来进行改装以提高轴载标准)，限制超重车辆的通行。同时建一义汽车生产厂对重型车的研制和生产要结合我国公路的现状，不要盲目提高轴载，以勉加速公路的早期破坏。加强路检力度，依法治理超限运输路政管理部门要配备先进的检测设备，提高检测效率，加强上路检查的力度，认真贯彻超限运输车辆行驶公路管理规定

13、，对违规车辆依法进行必要的处罚，持之以恒地治理超限运输13。参考文献：1彭妙娟,许志鸿.沥青路面车辙预估方法J.同济大学学报（自然科学版），2004，32（11）：1457-14602Sausa J B ,Weissman SL ,DeaconJ A,et al. Pemanent pavement deformation responseof asphalt aggregate mixesR. Washington D C: SHRP, National ResearchCouncil,19943Ramsamooj D V,RamadanJ,Lin G S.Model prediction

14、of rutting in asphalt concreteJ. Journal of Transportation Engineering,1998,24(5):448-4564Collop A C,Cebon D,Hardy MSA.Viscoelastic approach to rutting in flexiblepavementsJ.Journal of Transportation Engineering,1995,121(1):82-935JudyckiJ. Non-linear viscoelastic behaviour of conventional and modifiedasphaltic concrete under creepJ.Materials and Structures,1992,25:95-101.6东南大学.沥青混合料轮橄试验方法探索.国家“七五”重点科技攻项目R.75-24-02-01(子报告22)，1990.107东南大学.单家寺稠油沥青混合料杭车辙能力及变形规律.国家“七五”重点科技攻关项目R.75-24-02-1(子报告21)，1990.108李一鸣.沥青混合料车辙试验研究J.重庆交通学院学报,1992.39俞建荣,李一鸣.车辙试验的车辙预估