瀝青混合料高溫性能分析

1、瀝青路面車轍成因及對策分析一、提出問題隨著高速公路的迅速發(fā)展，交通運輸發(fā)展越來越快，車輛交通的渠化及軸載的增大，車轍成為瀝青路面最普遍的破壞形式。車轍的形成不僅會導致路面積水，厚度減薄，直接影響行車的舒適性和安全性，還會引起路面其他破壞形式的產生和加劇。試驗表明，如果路面不透水，5mm的車轍深度將會對行車安全帶來威脅1。二、研究現(xiàn)狀目前，可用于瀝青混合料高溫穩(wěn)定性試驗的方法很多，其中車轍試驗是瀝青混合料高溫穩(wěn)定性試驗中應用最普遍也是最常見的一種試驗方法。其他試驗方法還包括試驗室圓柱試件的單軸靜載、動載、重復試驗，三軸靜載、動載、重復試驗，徑向靜載、動載、重復試驗，簡單剪切的靜毅、重復加載和動力

2、試驗。此外還有中空圓柱試件的動力、剪切試驗，棱柱梁試件的彎曲蠕變試驗，大型環(huán)道、直道試驗設備的足尺路面高溫性能試驗和現(xiàn)場試驗路面的加速車轍試驗等。一些研究者應用非線性的粘彈性理論來建立瀝青路面永久變形的本構模型。Sousa等人建立了一個粘彈塑模型來計算瀝青混凝土的永久變形特性2。Ransamooj建立了一個彈塑性模型，在模型中使用了Rowe的應力膨脹理論,得出了永久體積和垂直應變的關系，最后計算了瀝青路面的塑性應變3。得出了永久體積和垂直應變的關系，最后計算了瀝青路面的塑性應變。Collop 等表達了一個重復荷載作用下瀝青混凝土的車轍計算方法,這個模型把路面看成線粘彈性體4。Judycki 對

3、常規(guī)和改性瀝青混凝土在蠕變實驗條件下的非線性的粘彈性行為進行了研究,建立了一個非線性的粘彈性數(shù)學模型5。東南大學也指出了用馬歇爾穩(wěn)定度評價高溫穩(wěn)定性的不足，提出馬歇爾試驗本身除不能模擬車轍的發(fā)生與發(fā)展歷程外.在諸如試件成型方法、試件形狀、指標的選用等方面都存在一定問題，并闡述了車轍變形規(guī)律67。鄭一鳴教授還對瀝青混合料進行了車轍試驗的研究.指出溫度、試件厚度、瀝青針入度指數(shù)、瀝青用量、礦料級配等因素對動穩(wěn)定度的影響，并提出了動穩(wěn)定度指標的建議值，并提出基于車轍試驗的車轍預估模型，它是一個集理論與經驗于一體的車轍預估和限制方法新框架，為車轍研究開辟了一條新途徑89。我國交通部公路科學研究所應用加

4、速加載設備研究半剛性基層瀝青路面車轍變形規(guī)律，該工作使車轍研究跨入了一個新的臺階10。同時同濟大學徐世法也迸行了瀝青路面的粘彈性力學分析和車轍預估11。三、存在問題瀝青混合料是具有一定級配的礦質集料通過一定量的瀝青膠結料作為粘結料拌和而成的具有一定粘彈性質的混合物，其路用性能與溫度有著密切的關系。首先抗車轍性能與溫度有著密切關系，目前我國大部分公路采用的都是連續(xù)式密級配，以懸浮密實型結構為主，粗集料間被其下檔料所隔開，幾乎沒有形成骨架結構，瀝青混合料的強度以瀝青與礦料之間的粘結力為主，在高溫狀態(tài)下，瀝青混合料的粘結作用大幅度下降，車輛荷載產生的強大的水平剪切作用主要由礦料級配的嵌擠作用來抵抗，

5、瀝青混合料抵抗車轍能力大幅度降低，因此，溫度是影響瀝青路面抗車轍性能的一個重要因素。其次，瀝青混合料車轍試驗評價指標的欠合理性也是導致瀝青路面產生車轍的重要原因。大量的實踐經驗表明，穩(wěn)定度和路面車轍的相關性很差，穩(wěn)定度滿足要求的瀝青混合料在實際中照樣產生車轍，因此馬歇爾設計方法中穩(wěn)定度指標已經不能很好的評價瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。車轍試驗能夠充分模擬瀝青路面上車輪行駛的實際情況，然而通過試驗分析可以看出，有的瀝青混合料動穩(wěn)定度相同，有的地區(qū)，瀝青混合料動穩(wěn)定度滿足規(guī)范要求，動穩(wěn)定度值甚至很大，但在道路實際通車運營后照樣產生車轍；相反，有的地區(qū)瀝青混合料的動穩(wěn)定度達不到規(guī)范要求值，道路實際運營中

6、卻不曾出現(xiàn)車轍。雖然現(xiàn)行公路瀝青路面施工技術規(guī)范（JTG F40-2004）要求高等級公路的瀝青混合料必須在規(guī)定的試驗條件下進行車轍試驗，對于不同的氣候分區(qū)提出了不同的指標要求。但從上訴問題可以看出，這種氣候分區(qū)下的動穩(wěn)定度評價指標顯然是不科學的。再者，車轍試驗是在規(guī)定的輪壓、相同行走次數(shù)條件下進行的，對于不同的道路，交通大小及車型都會存在差異，動穩(wěn)定度評價標準中沒有對不同交通狀況的道路進行區(qū)分評價12。四、技術措施1、優(yōu)化瀝青面層結構與級配綜觀國內外所進行的有關車轍問題的研究，可以看出普遍存在“重材料輕結構”的現(xiàn)象。大量的技術措施集中在表層材料的選擇和瀝青混合料的組成設計等方面，隨著研究的深

7、入，路面結構是一個不可忽視的因素。瀝青混合料的高溫抗車轍能力有60%依賴于礦料級配的嵌擠作用，瀝青結合料則提供40%的抗車轍能力。通過對較好路段及車轍嚴重段的級配曲線和混合料組成的認真分析，認為若完全按規(guī)范級配范圍進行控制，可能出現(xiàn)集料顆粒在可能的重排下達到最密實的級配，這種級配對瀝青含量很敏感，瀝青用量的微小變化，混合料很容易變得可塑，而使路面產生較大車轍，不能滿足重載交通對路面提出的要求。同時隨著施工設備和工藝水平的提高，也容許級配范圍變窄。所以為避免路面過早出現(xiàn)較大車轍，優(yōu)化上、中、下面層瀝青混合料級配范圍，建議對現(xiàn)有規(guī)范級配范圍進行調整，設計思想是向形成緊密嵌擠骨架結構靠近，采用“抬頭

8、平尾”的骨架密實型級配，它不僅有較高的抗車轍能力和較小的空隙率，而且構造深度大，能滿足抗滑的需要。同時要控制4.75mm以上集料的用量。2、采用優(yōu)質結合料瀝青膠結料的選取應根據(jù)工程所在地氣候條件，交通量情況，考慮選用高、低溫性能良好的改性瀝青。如采用基質瀝青建議增加對瀝青感溫性指標針入度指數(shù)(N)的檢測等;如采用改性瀝青，建議對其進行PG等級評價。若采用改性瀝青或改性瀝青混凝土，嚴格控制瀝青用量，盡可能提高瀝青混合料的動穩(wěn)定度，從而改善抗車轍能力。根據(jù)多年的試驗研究結果，瀝青混合料動穩(wěn)定度主要取決于瀝青結合料，采用重交通石油瀝青AH-90或AH-70的密級配瀝青混合料，動穩(wěn)定度小于1500次/

9、mm，采用改性瀝青后動穩(wěn)定度則可大幅度提高。例如:4%-5%SBS改性瀝青混合料動穩(wěn)定度大于4000次/mm 。在超載車輛多、氣溫超高、上坡段等地段，建議瀝青膠結料的選用應考慮高溫再提高一個或兩個性能等級。3、加強瀝青路面層間結合目前部分項目為了竣工通車時有一個漂亮的外表，要求做完中面層后，將交通工程、綠化、通訊等一次做完，最后全幅攤鋪上面層。這樣勢必造成中面層放置時間過長，污染嚴重。施工單位為了清除污染，采取用水沖的方法，不但層間污染不能清除，而且使大量泥水進入中、下面層，形成層間積水。由于層間相距時間較長，加重污染，致使中上面層粘結不好，達不到層間連續(xù)的規(guī)范要求，給工程留下永久隱患。建議調

10、整施工工序，盡量使三層面層連續(xù)攤鋪，減少污染，加強層間連接。4、嚴格施工控制和管理首先，合理提高壓實度，適當減少空隙率，其次還要嚴格控制瀝青用量，在瀝青路面施工過程中，根據(jù)目標配合比設計的原則，認真進行目標配合比設計，經過生產配合比優(yōu)化調整，確定最優(yōu)的瀝青用量，為保證生產的瀝青混合料有足夠的瀝青用量，以提高瀝青混凝土的抗水能力，建議縮小瀝青用量允許誤差的范圍將規(guī)范規(guī)定的允許誤差士0.3縮小為十0.2 -0.1，并在施工控制過程中做全程監(jiān)控。此外，還要嚴格控制石料的壓碎，為保證瀝青混合料在攤鋪和碾壓過程中基本不產生壓碎現(xiàn)象，建議采取以下措施，一是在選擇石料時盡可能選擇針片狀含量小，壓碎值小的石料

11、。針片狀含量必須嚴格控制在15%以下，盡可能不超過10%，石料壓碎值應控制在24以下；二是改善碾壓工藝，當發(fā)現(xiàn)石料有壓碎現(xiàn)象時，原則上盡可能采用輪胎壓路機搓柔碾壓，而不采用鋼輪壓路機振動碾壓；三是加強對石料壓碎情況的檢查，在終壓完成后，瀝青混凝土尚未冷卻的 情況下，局部揭開檢查，如有壓碎現(xiàn)象，研究分析立生壓碎的原因，并采用措施。 最后還要加強材料管理，嚴把進場關，對用于公路建設的各種材料，必須嚴把進場關，特別是容易忽視的沙、石材料。必須嚴格控制規(guī)格、壓碎值和含泥量，切忌認為使用了優(yōu)質瀝青和改性瀝青而一改就靈。5、加強路政管理交通部在2000年2月13日發(fā)布了超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定，對各類

12、車軸的軸載作出了明確規(guī)定。路政管理部門要對超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定廣為宣傳，以引起全社會的關注，提高司機及車主對超載運輸危害的認識，自覺地遵守超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定。從源頭抓超，杜絕私自改裝車輛。運輸管理部門要采取一定的控制手段，嚴格限制車輛的改裝(載重汽車一般通過增大車廂容積、加強弓字板、采用高強輪胎來進行改裝以提高軸載標準)，限制超重車輛的通行。同時建一義汽車生產廠對重型車的研制和生產要結合我國公路的現(xiàn)狀，不要盲目提高軸載，以勉加速公路的早期破壞。加強路檢力度，依法治理超限運輸路政管理部門要配備先進的檢測設備，提高檢測效率，加強上路檢查的力度，認真貫徹超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定

13、，對違規(guī)車輛依法進行必要的處罰，持之以恒地治理超限運輸13。參考文獻：1彭妙娟,許志鴻.瀝青路面車轍預估方法J.同濟大學學報（自然科學版），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,1992,25:9