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来源：职称驿站所属分类：材料科学论文 发布时间：2012-03-22浏览：33次
摘要：高温稳定性一直以来都是沥青路面研究的重点，车辙问题在各等级公路中也是层出不穷。本文材料科学科技论文从沥青路面车辙的形成入手，就材料、路面结构和外部因素三方面分析了车辙的影响因素，最后提出了一些解决沥青路面高温稳定性问题的方法。
关键词：沥青路面，形成，车辙，高温稳定性
1.论文引言
随着高速公路在我国的大规模修建，沥青路面的使用性能越来越受到重视。在我国高等级公路的路面结构中，绝大多数的路面都是沥青路面，许多路面在通车后不久就出现了泛油、坑槽、车辙、开裂等病害现象，其中最为严重的就是车辙病害。
车辙是指路面的结构层及土基在行车荷载作用下的补充压实，以及结构层材料的侧向位移产生的累积永久变形。它不仅降低了路面的使用寿命，还严重影响着行车安全性，表现为沿行车轨迹产生纵向的带状凹槽，严重时车辙的两侧还会隆起变形，主要产生于高温时沥青路面各层的永久变形。永久变形主要是由于各结构层厚度的减少，车辙深度的91％发生在路面本身，其中32％发生在面层、14％发生在基层、45％发生在底基层；9％由路基沉陷引起【1】。然而，目前我国的高等级公路（沥青混凝土路面）广泛采用半刚性基层，使得基层、路基产生的永久变形量占车辙总量的比例越来越少。大量的观测调查及理论计算表明，半刚性基层地基高等级沥青路面面层产生的永久变形量占车辙总量的90%以上，因此沥青面层的永久变形已成为车辙研究的重点。
2.车辙形成分析
2.1分类
沥青路面在缓慢移动或重交通作用下会产生变形并留下永久性的微变形。随着时间的推移，这些微变形会积累并产生车辙现象。车辙不仅随交通荷载的增大而增加，也随温度的升高而增加。车辙常常由于交通荷载的作用，材料的侧向移动而引起。在荷载区域附近的路面上层，我们经常可以看到车辙。
根据成因，车辙可分为以下几种类型【2】：
2.2形成过程及原因
纵观车辙形成过程，可以简单地分为三个阶段【3】：
图1沥青路面在行车反复作用下的车辙发展
（1）开始阶段的压密过程
沥青混合料在被碾压成型前是由骨料、沥青及空气组成的松散混合物，经碾压后高温
下处于半流态的沥青及由沥青与矿粉组成的胶浆被挤进矿料间隙中，同时骨料被强力排列成具有一定骨架的结构。碾压完毕交付使用后，当汽车荷载作用时，此密实过程还会有进一步发展。
（2）沥青混合料的流动
高温下的沥青混合料处于以粘性为主的半固体，在轮胎荷载作用下，沥青及沥青胶浆
便产生流动，从而使混合料的网络骨架结构失稳。这部分半固态物质除部分填充混合料空隙外，还将随沥青混合料自由流动，从而使路面受载处被压缩而变形。
（3）矿质骨料的重新排列及矿质骨料的破坏
高温下处于半固态的沥青混合料，由于沥青及胶浆在荷载作用下首先流动，混合料中
粗、细骨料组成的骨架逐渐成为荷载主要承担者，再加上沥青润滑作用，硬度较大的矿料颗粒在荷载直接作用下会沿矿料间接触面滑动，促使沥青及胶浆向其富集区流动，以致流向混合料自由面，特别当骨料间沥青及胶浆过多时，这一过程会更加明显。
此外，车辙的形成跟沥青路面结构的受力情况也有很大的关系：
引起沥青混凝土永久变形的主要原因是剪切变形。所以研究沥青混合料的稳定性主要是研究沥青混合料在高温下抵抗流动变形的能力。沥青混凝土路面出现车辙和变形的原因很多，因为沥青混合料不稳定，行车对基层压实成型后的沥青混合料进一步压实，轮迹对路面的过分磨耗，以及在载重车车道、公共汽车站和交叉口的超载作用，高温作用等，沥青混凝土路面均会出现车辙和变形。下面对影响沥青混凝土路面车辙的因素进行探讨。
3.沥青混凝土路面车辙影响因素
3.1材料
纵观我国现行沥青路面设计，主要依据指标是沥青混合料的强度，这取决于沥青混合料的粘结力和内摩擦角；粘结力又取决于沥青材料的性质和稠度、沥青矿料比和沥青与矿料的相互作用，受沥青混合料所用骨料如碎石大小、形状、级配和矿料数量的制约，增加内摩擦角和矿料等颗粒间的嵌挤作用可以提高沥青混合料的抗剪稳定性【4】。
3.1.1沥青的种类和用量
沥青的种类和用量直接影响着混合料的综合性能。沥青种类不同，混合料的性能不同。粘度高、针入度小、软化点高、含蜡量低以及经过改性的沥青相对抵抗永久变形能力明显优于普通沥青。沥青用量的多少直接影响着混合料中矿粉的骨架、嵌挤作用，对沥青混合料的抗车辙能力有着重要的作用。沥青用量过大时，游离沥青较多，便削弱了矿粉之间对高温稳定性起决定作用的嵌挤力，从而使沥青混合料易于产生流动变形而形成车辙；相反，沥青用量过低，混合料坚硬松散难以压实，同样也影响着路面的抗车辙能力。
3.1.2矿料的影响
矿料的表面纹理、形状、扁平颗粒含量、与沥青粘附性等都是影响混合料高温性能的因素。表面粗糙、形状接近立方体、扁平颗粒含量低的矿料颗粒易于形成嵌挤结构，采用这类矿料有利于沥青混合料车辙性能的提高。此外，采用坚硬干燥洁净的碎石，硬度大、棱角尖锐的砂和高质量的矿粉对抵抗永久变形十分有利。例如，用石灰岩或冶金矿渣制成的矿粉掺拌的沥青混合料具有较高的高温稳定性能。
另外，矿料级配对沥青混合料的抗车辙性能影响也是极大的，单纯地增大矿料粒径并不能提高路面的抗车辙能力。相反，良好的级配和最大密实度，却能提高沥青混合料的高温稳定性。这是因为良好的级配可以使矿料之间形成良好的骨架，再加之最大密实度，使得矿料之间的嵌挤力增加，这急剧地提高了沥青混合料的抗车辙能力。
3.2路面结构
沥青路面结构层次的合理选择和安排，是整个路面结构是否能在设计使用年限内承受行车荷载和自然因素的共同作用，同时又能发挥各结构层的最大效能，使整个路面结构经济合理的关键。路面结构层通常是用密集配、嵌挤以及形成板体等方式构成的，影响结构层的因素，除材料选择、施工工艺之外，路面结构组合也是十分重要的。
沥青路面结构组合（包括路面类型和路面厚度）与车辙有着重要的关系，同样的材料在不同的路面结构中表现出来的性质也不尽相同。选择什么类型的路面结构，路面各结构层之间组合的合理性，对路面高温稳定性是由很大影响的。沥青路面相邻结构层材料的模量比对路面的应力分布有显著影响，即对高温稳定性有显著影响。根据分析和经验，基层和面层的模量比应小于0.3，土基与基层或底基层的模量比宜小于0.080.40【5】。沥青面层厚度与公路等级、交通量及组成、沥青品种和质量有关，应综合考虑后确定。基层、底基层厚度应根据交通量大小、材料力学性能和扩散应力的效果，发挥压实机具的功能以及有利于施工等因素选择各结构层的厚度。
3.3外部因素
沥青混合料是一种粘弹性材料，其物理力学性能受外部环境条件的影响很大，例如环境温度、外部荷载。若在公路设计和试验中不能根据所修建路段的环境条件采取适当有效的措施，势必会给日后道路病害埋下伏笔。我国路面设计的标准车轮荷载规定是，但是道路开放过程中超载现象往往非常严重。随着荷载的增加，车辙现象越来越严重。所以，道路在运营过程中一定要严格空竹车辆的超载，并依据可能出现的超载情况适当的提高设计要求。我国室内车辙试验温度通常采用，然我国各个地方的温度不尽相同，这势必会导致动稳定度的不同。随着温度的增加，沥青粘度变小，抵抗蠕变的能力下降，在受到外力作用时，动稳定度便会下降，车辙变形会增加，沥青路面在高温下工作，很容易出现车辙。因此，在室内试验时就应当充分模拟实际情况，并适当的提高试验温度、延长试件保温时间等。
因此，在公路建设前要充分考虑一切可能的不利因素，采取相应的解决措施，降低或者避免车辙的出现。同时，室内试验要模拟路面施工的外部环境，使试验数据尽可能准确地说明实际沥青混合料的情况。
4.减轻沥青混凝土路面车辙措施
综合以上分析，针对影响沥青混合料的因素在材料选择、路面结构设计和施工时遇到的外部因素等建议采取以下一些措施：
（1）根据道路所处地域，选用合适的沥青。所选沥青应是粘度较高、针入度较小、软化点较高、含蜡量较低的一种，并严格控制沥青用量。
（2）选用合适粒径的矿质集料，以及最佳级配。
（3）根据当地气候条件，选择合适的沥青混合料类型，避免产生沥青混合料高温流动变形。
（4）必要时可添加一些外掺剂，例如粒化聚合物、橡胶等，提高沥青混合料的抗车辙能力。还有土工格栅加筋技术，也是改善沥青混合料高温稳定性行之有效的方法。
（5）保证材料配合比有良好的孔隙率，不能低于规范值，根据沥青混合料类型参照《公路沥青路面施工技术规范》。
（6）保持好各结构层材料的模量比。
（7）严格控制施工过程中的各个工序质量，控制好路面的压实度，避免发生再压实型车辙。加强路基的强度和稳定性，防止发生结构型车辙。
（8）合理渠化交通，限制大型超载车辆的通行，对已产生的路面车辙等问题应及早进行养护和维修，避免破坏的扩大。
5.论文结论
综上论文所述，本文通过对沥青路面车辙问题的探讨，提出了一些解决措施。但是车辙是沥青路面特有的一种损坏现象，要完全控制几乎是不可能的，我们只有通过不断完善的技术措施，尽可能地减少车辙的出现，从而提高道路的使用品质，延长道路的使用寿命。
参考文献
[1]邓学钧，黄晓明.路面设计原理与方法[M].北京：人民交通出版社，2001.536－37
[2]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社，2001.5
[3]黄晓明，吴少鹏，赵永利.沥青与沥青混合料[M].南京：东南大学出版社，2002.9
[4]马德举.沥青路面车辙因素分析及减轻车辙的措施[J].城市道路与防洪，1999.9.第3期
[5]邓学钧.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2005.1
《沥青混合料高温稳定性能研究之材料科学论文》
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文章名称： 沥青混合料高温稳定性能研究之材料科学论文
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