沥青混凝土路面车辙的产生及其控制

1 前言

随着高等级公路路面修筑技术的不断完善，沥青混凝土路面的车辙控制已日益受到广大工程技术人员的重视，车辙是路面结构各层永久变形的累积，沥青混凝土路面的永久变形是直接影响平整度、路面使用性能、行车安全和舒适的重要因素，它与疲劳开裂一样，是沥青混凝土路面的主要损坏现象之一。 2 路基基层的类型选择及施工控制

一般来说，不同的路面结构组合和材料组成，车辙的产生和发展程度不同，半刚性基层沥青混凝土路面的抗车辙性能优于柔性基层沥青混凝土路面，而半刚性基层路面车辙主要产生于沥青混凝土面层。路面基层和面层均可能导致柔性路面的车辙产生。 我省自1998年开始修建高等级公路，路面基层采用的基本为半刚性基层，如二灰稳定碎石、水泥稳定碎石和水泥稳定石屑等。经通车多年来看，基层的采用是成功的，并取得了许多的成功经验。出现车辙的路段基本产生于沥青面层，尽管有部分路面产生不同程度的损坏，这里面有自然因素的影响，有原材料的质量问题。而施工控制不严是主要的原因。 二灰稳定碎石基层、水泥稳定碎石基层是较理想的基层类型，关键是如何从原材料质量控制、混合料组成设计的合理性和施工工艺严密性等方面进行控制。如条件许可，采用石灰、粉煤灰、水泥综合稳定将更为理想，水泥可满足具有一定的早期强度，石灰则可使其刚度不会太大，而粉煤灰可减少其收缩系数。慎用水泥稳定碎石土基层结构，因为粘土的水稳性差，同时施工拌合困难，均匀性差，从而易导致强度不足和水稳定性下降而使路面损坏。 3 沥青混凝土组成和施工控制

半刚性基层路面的车辙主要产生于沥青混凝土面层，而产生车辙的在摁主要是沥青混合料的高温稳定性不足，在车辆的重复荷载作用下产生变形累积。影响沥青混合料高温稳定性主要是沥青混合料的高温抗剪切能力及内摩阻力。通过沥青类型、沥青用量、矿料级配、颗粒形状及表面特性、沥青混凝土空隙率等多方控制可以有效提高沥青混合料的高温抗剪切能力及内摩阻力。 3.1 沥青类型

沥青混合料的抗剪切能力主要取决于沥青混合料的粘结力和内摩阻力，影响沥青混合料粘结力的因素主要是沥青粘度、沥青用量、沥青与矿料相互作用的特性，沥青的粘度越高，沥青混合料的粘结力越大，因而具有较高的抗剪强度。

因此，沥青类型应根据环境气候、交通条件等合理选用，尤其是气温高、渠化交通的道路应选用较粘稠的符合重交通沥青技术要求的优质沥青和改性沥青。就甘肃来说，高等级公路路面用沥青，国产的和进口的都有，改性沥青几乎是空白。从沥青品质及路用性能来看，进口沥青稍优于国产沥青。近几年来，我国对国产稠油沥青在高等级公路工程的应用进行了大量的研究及工程实践，表明用满足重交通石油沥青技术要求的稠油沥青铺筑高等级路面，其路用性能达到或超过进口沥青，因而可以取代进口沥青。

当然，国产沥青目前还有不少问题需要解决，有的品种质量不稳定，对每批沥青包括进口沥青均应进行抽样试验，严格检测，从质量和经济两方面综合考虑选用。同时进一步开展国产沥青的改性研究又推广工作。 3.2 沥青用量

沥青混合料的粘结力与沥青用量有较大关系，沥青用量越大，矿料颗料间游离的自由沥青越多，矿料周围的沥青膜越厚，沥青混合料的粘结力越低。反之，如果沥青用量过低，沥青不能完全裹覆矿料颗粒界面也影响沥青混合料的粘结力，同时沥青混合料缺乏应有的工作

度，难以压实，且易出现松散、离析现象，影响沥青混凝土强度。 为了提高沥青混合料的粘结力，除采用高质量的沥青外，严格控制沥青的合理用量是很关键的。沥青混合料的沥青用量必须严格按马歇尔试验指标，并综合考虑气候条件、交通类型，公路等级等因素，同时进行混合料的残留稳定度和动稳定度检验，并对拟定的配合比进行车辆的试验，合理确定最佳的沥青用量。 3.3 矿料级配、颗粒形状及表面特性

沥青混合料的嵌挤力和内摩阻力主要取决于矿料级配、颗粒形状及表面特性、沥青用量等。为使沥青混合料的内摩阻力增大，满足抵抗永久变形的能力，除采用最佳的沥青用量外，采用洁净、具有良好的颗粒形状、表面粗糙、棱角尖锐、压碎值小、与沥青有良好的粘附性的矿料以及高质量的矿料是非常关键的。就甘肃来说，由于地理位置的差异，其分布的岩石性质不同，但主要以石灰岩类和砂岩居多。石灰岩碎石的颗粒形状及与沥青的粘附性较好，但磨光值稍低，砂岩碎石的磨光值较好。但与沥青的粘附性差，吸水率大，颗粒形状不理想。沥青混合料的用量偏大，且其光泽、工作度差，使用于沥青面层时需采取抗剥离措施及加入碱性矿粉或符合要求的碱性细集料等予以改善。

矿料的最大粒径、级配组成不同，所组成的沥青混合料强度构成不同，受自然因素的影响也不同。嵌挤型的沥青混合料(如沥青碎石)的强度是以矿料间的嵌挤力和内摩阻力为主，沥青的粘结力为辅而构成，其受温度的影响较小，但透水性大，耐久性差。密实级配型的沥青混合料(如沥青混凝土)的强度是以沥青与矿料间的粘结力为主，矿料的嵌挤力和内摩阻力为辅而构成，其透水性小，耐久性好，但受温度影响较大。沥青混凝土的最大粒径不同，其抵抗变形能力不同，根据有关文献试验结果表明，中粒式沥青混凝土抗车辙性能最好，细粒式沥青混凝土次之，粗粒式沥青混凝土最差。从我省建成通车的几条高等级公路来看，沥青面层采用(沥青碎石＋中粒式沥青混凝土)的路面，其抗变形能力要优于采用(沥青碎石＋细粒式沥青混凝土)路面的抗变形能力。沥青混合料的采用应根据各种沥青混合料的特性和面层各层所应起的作用合理选择适宜的沥青混合料。必要时对沥青混合料级配作适当调整改善，如适当增大集料粒径和增加粗集料用量，采用棱角尖锐的机制砂，提高沥青混合料的嵌挤力和内摩阻力，适当增加粉料用量，提高沥青混合料的粘结力及密实度，以满足沥青混凝土路面的抗变形能力。

沥青混凝土面层的表面特性，直接由沥青表面层提供，如摩擦系数和表面构造深度等，同时表面层直接受环境因素和行车荷载的作用，因此，表面层应具备良好的强度和温度稳定性及不透水性，以保证路面的耐久性及抗变形能力。 由于上述对表面层的功能要求。需采用优质沥青的磨光值高、耐磨耗及抗压碎能力强的形状好的碎石以外，矿料级配组成起着至关重要的作用。沥青混合料的高温稳定性能主要取决于矿料骨架，尤其是粗集料的相互嵌挤作用，而沥青混合料的低温稳定性能主要取决于沥青结合料的粘结能力。从满足高温稳定性能角度出发，希望尽可能采用粗级配，增大集料粒径，减少沥青用量。而从满足低温稳定性能来说，却希望尽可能采用较细级配的混合料，增加沥青用量。所以二者是相互矛盾又相互制约的，照顾某一性能，很可能就降低另一方面的性能。因此，沥青混合料的组成设计应根据当地的气候条件及交通情况作具体分析，尽可能相互兼顾。从理论上讲，理想的沥青混合料应为有较多的粗集料形成骨架，增加粗集料的接触面，相互嵌挤，粗集料间的空隙由密级配的粘结性能良好的沥青胶砂填充且将粗集料牢固地粘合在一起。

就来说，从建成通车的高等级公路路面来看，高温车辙的产生比低温缩裂要明显得多，笔者认为，沥青混合料组成设计应较偏重热稳定性，适当照顾低温稳定性。沥青表面层应选用AK-16型为宜。同时推广使用沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)。 3.4 空隙率

空隙率对沥青混凝土的耐久性和热稳定性均有影响，从而耐久性角度出发，希望其空隙率尽可能减小，从热稳定性角度来讲，其空隙率又不能太小，当然空隙率较大对热稳定性也不利。空隙率对沥青混合料的抗车辙性能有一临界值，偏离这一临界值越多其抗车辙能力降低越大。4%的空隙率最接近临界值。马歇尔试验法决定沥青用量时，空隙率是一个关键的指标，同时又是一个不易控制的指标。马歇尔试验时不仅要求尽可能测试准确，同时应综合考虑矿料空隙率、沥青所占的空隙率和剩余空隙率的分配问题。在施工时，保证沥青混凝土良好的压实，对改善沥青混凝土面层的抗变形能力是很有帮助的。

另外，沥青混凝土路面厚度对抗车辙性能也有影响。但其关系比较复杂，有待于进一步探索和实践。