試論瀝青混凝土路面車轍的產生及其控制
發布時間：2014-02-25 共1頁
1 前言
隨著高等級公路路面修筑技術的不斷完善，瀝青混凝土路面的車轍控制已日益受到廣工程技術人員的重視，車轍是路面結構各層永久變形的累積，瀝青混凝土路面的永久變形是直接影響平整度、路面使用性能、行車安全和舒適的重要因素，它與疲勞開裂一樣，是瀝青混凝土路面的主要損壞現象之一。
2 路基基層的類型選擇及施工控制
一般來說，不同的路面結構組合和材料組成，車轍的產生和發展程度不同，半剛性基層瀝青混凝土路面的抗車轍性能優于柔性基層瀝青混凝土路面，而半剛性基層路面車轍主要產生于瀝青混凝土面層。路面基層和面層均可能導致柔性路面的車轍產生。
我省自1998年開始修建高等級公路，路面基層采用的基本為半剛性基層，如二灰穩定碎石、水泥穩定碎石和水泥穩定石屑等。經通車多年來看，基層的采用是成功的，并取得了許多的成功經驗。出現車轍的路段基本產生于瀝青面層，盡管有部分路面產生不同程度的損壞，這里面有自然因素的影響，有原材料的質量問題。而施工控制不嚴是主要的原因。
二灰穩定碎石基層、水泥穩定碎石基層是較理想的基層類型，關鍵是如何從原材料質量控制、混合料組成設計的合理性和施工工藝嚴密性等方面進行控制。如條件許可，采用石灰、粉煤灰、水泥綜合穩定將更為理想，水泥可滿足具有一定的早期強度，石灰則可使其剛度不會太，而粉煤灰可減少其收縮系數。慎用水泥穩定碎石土基層結構，因為粘土的水穩性差，同時施工拌合困難，均勻性差，從而易導致強度不足和水穩定性下降而使路面損壞。
3 瀝青混凝土組成和施工控制
半剛性基層路面的車轍主要產生于瀝青混凝土面層，而產生車轍的在摁主要是瀝青混合料的高溫穩定性不足，在車輛的重復荷載作用下產生變形累積。影響瀝青混合料高溫穩定性主要是瀝青混合料的高溫抗剪切能力及內摩阻力。通過瀝青類型、瀝青用量、礦料級配、顆粒形狀及表面特性、瀝青混凝土空隙率等多方控制可以有效提高瀝青混合料的高溫抗剪切能力及內摩阻力。
3.1 瀝青類型
瀝青混合料的抗剪切能力主要取決于瀝青混合料的粘結力和內摩阻力，影響瀝青混合料粘結力的因素主要是瀝青粘度、瀝青用量、瀝青與礦料相互作用的特性，瀝青的粘度越高，瀝青混合料的粘結力越，因而具有較高的抗剪強度。
因此，瀝青類型應根據環境氣候、交通條件等合理選用，尤其是氣溫高、渠化交通的道路應選用較粘稠的符合重交通瀝青技術要求的優質瀝青和改性瀝青。就甘肅來說，高等級公路路面用瀝青，國產的和進口的都有，改性瀝青幾乎是空白。從瀝青品質及路用性能來看，進口瀝青稍優于國產瀝青。近幾年來，我國對國產稠油瀝青在高等級公路工程的應用進行了量的研究及工程實踐，表明用滿足重交通石油瀝青技術要求的稠油瀝青鋪筑高等級路面，其路用性能達到或超過進口瀝青，因而可以取代進口瀝青。
當然，國產瀝青目前還有不少問題需要解決，有的品種質量不穩定，對每批瀝青包括進口瀝青均應進行抽樣試驗，嚴格檢測，從質量和經濟兩方面綜合考慮選用。同時進一步開展國產瀝青的改性研究又推廣工作。
3.2 瀝青用量
瀝青混合料的粘結力與瀝青用量有較關系，瀝青用量越，礦料顆料間游離的自由瀝青越多，礦料周圍的瀝青膜越厚，瀝青混合料的粘結力越低。反之，如果瀝青用量過低，瀝青不能完全裹覆礦料顆粒界面也影響瀝青混合料的粘結力，同時瀝青混合料缺乏應有的工作度，難以壓實，且易出現松散、離析現象，影響瀝青混凝土強度。
為了提高瀝青混合料的粘結力，除采用高質量的瀝青外，嚴格控制瀝青的合理用量是很關鍵的。瀝青混合料的瀝青用量必須嚴格按馬歇爾試驗指標，并綜合考慮氣候條件、交通類型，公路等級等因素，同時進行混合料的殘留穩定度和動穩定度檢驗，并對擬定的配合比進行車輛的試驗，合理確定最佳的瀝青用量。
3.3 礦料級配、顆粒形狀及表面特性
瀝青混合料的嵌擠力和內摩阻力主要取決于礦料級配、顆粒形狀及表面特性、瀝青用量等。為使瀝青混合料的內摩阻力增，滿足抵抗永久變形的能力，除采用最佳的瀝青用量外，采用潔凈、具有良好的顆粒形狀、表面粗糙、棱角尖銳、壓碎值小、與瀝青有良好的粘附性的礦料以及高質量的礦料是非常關鍵的。就甘肅來說，由于地理位置的差異，其分布的巖石性質不同，但主要以石灰巖類和砂巖居多。石灰巖碎石的顆粒形狀及與瀝青的粘附性較好，但磨光值稍低，砂巖碎石的磨光值較好。但與瀝青的粘附性差，吸水率，顆粒形狀不理想。瀝青混合料的用量偏，且其光澤、工作度差，使用于瀝青面層時需采取抗剝離措施及加入堿性礦粉或符合要求的堿性細集料等予以改善。
礦料的最粒徑、級配組成不同，所組成的瀝青混合料強度構成不同，受自然因素的影響也不同。嵌擠型的瀝青混合料(如瀝青碎石)的強度是以礦料間的嵌擠力和內摩阻力為主，瀝青的粘結力為輔而構成，其受溫度的影響較小，但透水性，耐久性差。密實級配型的瀝青混合料(如瀝青混凝土)的強度是以瀝青與礦料間的粘結力為主，礦料的嵌擠力和內摩阻力為輔而構成，其透水性小，耐久性好，但受溫度影響較。瀝青混凝土的最粒徑不同，其抵抗變形能力不同，根據有關文獻試驗結果表明，中粒式瀝青混凝土抗車轍性能最好，細粒式瀝青混凝土次之，粗粒式瀝青混凝土最差。從我省建成通車的幾條高等級公路來看，瀝青面層采用(瀝青碎石＋中粒式瀝青混凝土)的路面，其抗變形能力要優于采用(瀝青碎石＋細粒式瀝青混凝土)路面的抗變形能力。瀝青混合料的采用應根據各種瀝青混合料的特性和面層各層所應起的作用合理選擇適宜的瀝青混合料。必要時對瀝青混合料級配作適當調整改善，如適當增集料粒徑和增加粗集料用量，采用棱角尖銳的機制砂，提高瀝青混合料的嵌擠力和內摩阻力，適當增加粉料用量，提高瀝青混合料的粘結力及密實度，以滿足瀝青混凝土路面的抗變形能力。
瀝青混凝土面層的表面特性，直接由瀝青表面層提供，如摩擦系數和表面構造深度等，同時表面層直接受環境因素和行車荷載的作用，因此，表面層應具備良好的強度和溫度穩定性及不透水性，以保證路面的耐久性及抗變形能力。
由于上述對表面層的功能要求。需采用優質瀝青的磨光值高、耐磨耗及抗壓碎能力強的形狀好的碎石以外，礦料級配組成起著至關重要的作用。瀝青混合料的高溫穩定性能主要取決于礦料骨架，尤其是粗集料的相互嵌擠作用，而瀝青混合料的低溫穩定性能主要取決于瀝青結合料的粘結能力。從滿足高溫穩定性能角度出發，希望盡可能采用粗級配，增集料粒徑，減少瀝青用量。而從滿足低溫穩定性能來說，卻希望盡可能采用較細級配的混合料，增加瀝青用量。所以二者是相互矛盾又相互制約的，照顧某一性能，很可能就降低另一方面的性能。因此，瀝青混合料的組成設計應根據當地的氣候條件及交通情況作具體分析，盡可能相互兼顧。從理論上講，理想的瀝青混合料應為有較多的粗集料形成骨架，增加粗集料的接觸面，相互嵌擠，粗集料間的空隙由密級配的粘結性能良好的瀝青膠砂填充且將粗集料牢固地粘合在一起。
就來說，從建成通車的高等級公路路面來看，高溫車轍的產生比低溫縮裂要明顯得多，筆者認為，瀝青混合料組成設計應較偏重熱穩定性，適當照顧低溫穩定性。瀝青表面層應選用AK-16型為宜。同時推廣使用瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)。
3.4 空隙率
空隙率對瀝青混凝土的耐久性和熱穩定性均有影響，從而耐久性角度出發，希望其空隙率盡可能減小，從熱穩定性角度來講，其空隙率又不能太小，當然空隙率較對熱穩定性也不利。空隙率對瀝青混合料的抗車轍性能有一臨界值，偏離這一臨界值越多其抗車轍能力降低越。4%的空隙率最接近臨界值。馬歇爾試驗法決定瀝青用量時，空隙率是一個關鍵的指標，同時又是一個不易控制的指標。馬歇爾試驗時不僅要求盡可能測試準確，同時應綜合考慮礦料空隙率、瀝青所占的空隙率和剩余空隙率的分配問題。在施工時，保證瀝青混凝土良好的壓實，對改善瀝青混凝土面層的抗變形能力是很有幫助的。
另外，瀝青混凝土路面厚度對抗車轍性能也有影響。但其關系比較復雜，有待于進一步探索和實踐。
隨著高等級公路路面修筑技術的不斷完善，瀝青混凝土路面的車轍控制已日益受到廣工程技術人員的重視，車轍是路面結構各層永久變形的累積，瀝青混凝土路面的永久變形是直接影響平整度、路面使用性能、行車安全和舒適的重要因素，它與疲勞開裂一樣，是瀝青混凝土路面的主要損壞現象之一。
2 路基基層的類型選擇及施工控制
一般來說，不同的路面結構組合和材料組成，車轍的產生和發展程度不同，半剛性基層瀝青混凝土路面的抗車轍性能優于柔性基層瀝青混凝土路面，而半剛性基層路面車轍主要產生于瀝青混凝土面層。路面基層和面層均可能導致柔性路面的車轍產生。
我省自1998年開始修建高等級公路，路面基層采用的基本為半剛性基層，如二灰穩定碎石、水泥穩定碎石和水泥穩定石屑等。經通車多年來看，基層的采用是成功的，并取得了許多的成功經驗。出現車轍的路段基本產生于瀝青面層，盡管有部分路面產生不同程度的損壞，這里面有自然因素的影響，有原材料的質量問題。而施工控制不嚴是主要的原因。
二灰穩定碎石基層、水泥穩定碎石基層是較理想的基層類型，關鍵是如何從原材料質量控制、混合料組成設計的合理性和施工工藝嚴密性等方面進行控制。如條件許可，采用石灰、粉煤灰、水泥綜合穩定將更為理想，水泥可滿足具有一定的早期強度，石灰則可使其剛度不會太，而粉煤灰可減少其收縮系數。慎用水泥穩定碎石土基層結構，因為粘土的水穩性差，同時施工拌合困難，均勻性差，從而易導致強度不足和水穩定性下降而使路面損壞。
3 瀝青混凝土組成和施工控制
半剛性基層路面的車轍主要產生于瀝青混凝土面層，而產生車轍的在摁主要是瀝青混合料的高溫穩定性不足，在車輛的重復荷載作用下產生變形累積。影響瀝青混合料高溫穩定性主要是瀝青混合料的高溫抗剪切能力及內摩阻力。通過瀝青類型、瀝青用量、礦料級配、顆粒形狀及表面特性、瀝青混凝土空隙率等多方控制可以有效提高瀝青混合料的高溫抗剪切能力及內摩阻力。
3.1 瀝青類型
瀝青混合料的抗剪切能力主要取決于瀝青混合料的粘結力和內摩阻力，影響瀝青混合料粘結力的因素主要是瀝青粘度、瀝青用量、瀝青與礦料相互作用的特性，瀝青的粘度越高，瀝青混合料的粘結力越，因而具有較高的抗剪強度。
因此，瀝青類型應根據環境氣候、交通條件等合理選用，尤其是氣溫高、渠化交通的道路應選用較粘稠的符合重交通瀝青技術要求的優質瀝青和改性瀝青。就甘肅來說，高等級公路路面用瀝青，國產的和進口的都有，改性瀝青幾乎是空白。從瀝青品質及路用性能來看，進口瀝青稍優于國產瀝青。近幾年來，我國對國產稠油瀝青在高等級公路工程的應用進行了量的研究及工程實踐，表明用滿足重交通石油瀝青技術要求的稠油瀝青鋪筑高等級路面，其路用性能達到或超過進口瀝青，因而可以取代進口瀝青。
當然，國產瀝青目前還有不少問題需要解決，有的品種質量不穩定，對每批瀝青包括進口瀝青均應進行抽樣試驗，嚴格檢測，從質量和經濟兩方面綜合考慮選用。同時進一步開展國產瀝青的改性研究又推廣工作。
3.2 瀝青用量
瀝青混合料的粘結力與瀝青用量有較關系，瀝青用量越，礦料顆料間游離的自由瀝青越多，礦料周圍的瀝青膜越厚，瀝青混合料的粘結力越低。反之，如果瀝青用量過低，瀝青不能完全裹覆礦料顆粒界面也影響瀝青混合料的粘結力，同時瀝青混合料缺乏應有的工作度，難以壓實，且易出現松散、離析現象，影響瀝青混凝土強度。
為了提高瀝青混合料的粘結力，除采用高質量的瀝青外，嚴格控制瀝青的合理用量是很關鍵的。瀝青混合料的瀝青用量必須嚴格按馬歇爾試驗指標，并綜合考慮氣候條件、交通類型，公路等級等因素，同時進行混合料的殘留穩定度和動穩定度檢驗，并對擬定的配合比進行車輛的試驗，合理確定最佳的瀝青用量。
3.3 礦料級配、顆粒形狀及表面特性
瀝青混合料的嵌擠力和內摩阻力主要取決于礦料級配、顆粒形狀及表面特性、瀝青用量等。為使瀝青混合料的內摩阻力增，滿足抵抗永久變形的能力，除采用最佳的瀝青用量外，采用潔凈、具有良好的顆粒形狀、表面粗糙、棱角尖銳、壓碎值小、與瀝青有良好的粘附性的礦料以及高質量的礦料是非常關鍵的。就甘肅來說，由于地理位置的差異，其分布的巖石性質不同，但主要以石灰巖類和砂巖居多。石灰巖碎石的顆粒形狀及與瀝青的粘附性較好，但磨光值稍低，砂巖碎石的磨光值較好。但與瀝青的粘附性差，吸水率，顆粒形狀不理想。瀝青混合料的用量偏，且其光澤、工作度差，使用于瀝青面層時需采取抗剝離措施及加入堿性礦粉或符合要求的堿性細集料等予以改善。
礦料的最粒徑、級配組成不同，所組成的瀝青混合料強度構成不同，受自然因素的影響也不同。嵌擠型的瀝青混合料(如瀝青碎石)的強度是以礦料間的嵌擠力和內摩阻力為主，瀝青的粘結力為輔而構成，其受溫度的影響較小，但透水性，耐久性差。密實級配型的瀝青混合料(如瀝青混凝土)的強度是以瀝青與礦料間的粘結力為主，礦料的嵌擠力和內摩阻力為輔而構成，其透水性小，耐久性好，但受溫度影響較。瀝青混凝土的最粒徑不同，其抵抗變形能力不同，根據有關文獻試驗結果表明，中粒式瀝青混凝土抗車轍性能最好，細粒式瀝青混凝土次之，粗粒式瀝青混凝土最差。從我省建成通車的幾條高等級公路來看，瀝青面層采用(瀝青碎石＋中粒式瀝青混凝土)的路面，其抗變形能力要優于采用(瀝青碎石＋細粒式瀝青混凝土)路面的抗變形能力。瀝青混合料的采用應根據各種瀝青混合料的特性和面層各層所應起的作用合理選擇適宜的瀝青混合料。必要時對瀝青混合料級配作適當調整改善，如適當增集料粒徑和增加粗集料用量，采用棱角尖銳的機制砂，提高瀝青混合料的嵌擠力和內摩阻力，適當增加粉料用量，提高瀝青混合料的粘結力及密實度，以滿足瀝青混凝土路面的抗變形能力。
瀝青混凝土面層的表面特性，直接由瀝青表面層提供，如摩擦系數和表面構造深度等，同時表面層直接受環境因素和行車荷載的作用，因此，表面層應具備良好的強度和溫度穩定性及不透水性，以保證路面的耐久性及抗變形能力。
由于上述對表面層的功能要求。需采用優質瀝青的磨光值高、耐磨耗及抗壓碎能力強的形狀好的碎石以外，礦料級配組成起著至關重要的作用。瀝青混合料的高溫穩定性能主要取決于礦料骨架，尤其是粗集料的相互嵌擠作用，而瀝青混合料的低溫穩定性能主要取決于瀝青結合料的粘結能力。從滿足高溫穩定性能角度出發，希望盡可能采用粗級配，增集料粒徑，減少瀝青用量。而從滿足低溫穩定性能來說，卻希望盡可能采用較細級配的混合料，增加瀝青用量。所以二者是相互矛盾又相互制約的，照顧某一性能，很可能就降低另一方面的性能。因此，瀝青混合料的組成設計應根據當地的氣候條件及交通情況作具體分析，盡可能相互兼顧。從理論上講，理想的瀝青混合料應為有較多的粗集料形成骨架，增加粗集料的接觸面，相互嵌擠，粗集料間的空隙由密級配的粘結性能良好的瀝青膠砂填充且將粗集料牢固地粘合在一起。
就來說，從建成通車的高等級公路路面來看，高溫車轍的產生比低溫縮裂要明顯得多，筆者認為，瀝青混合料組成設計應較偏重熱穩定性，適當照顧低溫穩定性。瀝青表面層應選用AK-16型為宜。同時推廣使用瀝青瑪蹄脂碎石混合料(SMA)。
3.4 空隙率
空隙率對瀝青混凝土的耐久性和熱穩定性均有影響，從而耐久性角度出發，希望其空隙率盡可能減小，從熱穩定性角度來講，其空隙率又不能太小，當然空隙率較對熱穩定性也不利。空隙率對瀝青混合料的抗車轍性能有一臨界值，偏離這一臨界值越多其抗車轍能力降低越。4%的空隙率最接近臨界值。馬歇爾試驗法決定瀝青用量時，空隙率是一個關鍵的指標，同時又是一個不易控制的指標。馬歇爾試驗時不僅要求盡可能測試準確，同時應綜合考慮礦料空隙率、瀝青所占的空隙率和剩余空隙率的分配問題。在施工時，保證瀝青混凝土良好的壓實，對改善瀝青混凝土面層的抗變形能力是很有幫助的。
另外，瀝青混凝土路面厚度對抗車轍性能也有影響。但其關系比較復雜，有待于進一步探索和實踐。
