沥青混合料高温性能分析.docVIP

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[6][7]。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[8][9]。我国交通部公路科学研究所应用加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，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 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