沥青路面车辙病害原因及防治措施
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沥青路面车辙病害原因及防治措施
沥青路面在高温下能否保持原有性能的能力,即为高温稳定性,它习惯上是指沥青路面在荷载作用下抵抗永久变形的能力。
近年来,随着我国高速公路的建设,由于渠化交通、超重载车辆的增加,车辙已成为沥青路面自减轻水损坏后的主要病害,如图4-1所示。
图4-1高速公路产生车辙的严重情况
车辙的破坏类型一般有三种,其中除埋钉轮胎造成的磨损性车辙和整体路面永久变形造成的结构性车辙外,最普遍的就是沥青混合料累积剪切变形造成的流动性车辙。
根据国内外的相关研究[31],流动性车辙形成的原因为沥青面层的结构剪应力,沥青混合料在结构剪应力的反复作用下,发生剪切疲劳破坏,混合料将沿着剪切面移动,最终在沥青路面上形成我们常见的辙槽,如图4-2[32]所示。
图4-2 流动性车辙的形成过程
沥青路面上坡路段最容易产生车辙,特别是在坡度较大,上坡坡道较长的路段,车辙破坏程度远远大于平坦路段,而且产生破坏时间也较早。
随着我国高速公路建设的不断发展,建设方向将会逐渐从平原、微丘地区转向山岭、丘陵地区,高速公路建设将不可避免的面对上坡路段增
多,坡道坡度增大和连续纵坡等问题,而如何有效预防沥青路面车辙破坏,已成为十分迫切的问题。
1、车辙成因分析
车辙是沥青路面在汽车荷载反复作用下产生竖直方向永久变形的积累。
车辙形成过程可简单地分为三个阶段:①开始阶段的压密过程;②沥青混合料的流动;③矿质骨料的重新排列及矿质骨料骨架的破坏。
车辙形成的最初原因是压密及沥青高温下的流动,最后导致骨架的失稳,从本质上讲就是沥青混合料的结构特征发生了变化。
影响沥青路面辙槽深浅的主要因素:沥青路面结构和沥青混凝土本身的内在因素(简称内因),以及气候和交通量及交通组成等的外界因素(简称外因)。
沥青混合料在较高温度条件下的强度不足,是路面产生车辙损坏的主要内因。
外因对沥青路面辙槽深浅的影响,主要表现在三个方面:1、夏季,路面表面下10cm范围内温度最高;2、重载车车速降低将明显增加路面结构剪应力,但对其分布形态影响不大,即剪应力峰值出现的位置基本不变;3、重载车作用下,路面面层内3~9cm范围内结构剪应力最大。
据此,我们可以推断,目前沥青路面三层结构中,中面层最容易出现车辙损坏。
而大量的车辙损坏调查分析也表明[31],车辙不仅发生在表面层,而且更多的发生在中面层,甚至下面层,如图4-3所示。
(采用美国图片)
图4-3 沥青路面发生车辙后各层厚度变化
近5年,随着我国道路交通向重载、大流量和渠化的不断发展,沥青路面严重车辙损坏,因无有效且经济的维修方法,唯一方法是对车辙部位进行铣刨,用新混合料重新铺筑,维修成本高,而逐渐成为沥青路面的“第一杀手”。
预防沥青路面出现车辙损坏,关键在于提高沥青混合料的高温稳定性,因此,在配合比设计阶段对混合料进行高温稳定性检验就显得异常重要。