沥青路面车辙研究与探讨

沥青路面车辙研究与探讨

魏建达

山东建筑大学山东济南250101

摘要：随着我国交通事业的快速发展，车辆越来越多，车辙成为路面的主要病害，路面使用寿命大大缩减，给国家和社会造成了巨大的经济损失和不良影响。本文从车辙危害、现状，形成过程以及影响因素等方面进行详细的研究，以期提高道路的建设质量。

关键词：沥青混合料；粘聚力；剪切作用

前沿

随着国民经济的发展，我国的公路建设事业也迅速发展，90%以上的公路路面均为沥青路面。沥青路面有良好的弹性和塑性，减震性能优良，具有行车舒适、低噪音和易修复等良好的性能，在公路中得到了广泛应用，但是车辙病害严重很大程度上降低路面承载力，使用寿命大大缩减，降低了道路的服务水平，因此，研究车辙成为学者关注的课题。

1车辙概念

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累积。我国目前广泛采用半刚性基层沥青路面，车辙主要发生在沥青面层，尤其是中面层，路基和基层的变形仅占很小部分。

2车辙危害

⑴影响了路面的平整度，降低了面层以及路面结构的整体强度，

⑵使得路面的抗滑能力下降，影响了车辆操纵的稳定性，严重威胁行车安全。

⑶缩短了路面的使用寿命，降低了道路的服务质量。

3车辙现状

随着我国高速公路网的形成，沥青路面的早期病害也变得日益严重。车辙成为高速公路最主要的早期病害在全国范围内都普遍存在，严重损害了沥青路面的使用性能。因此，防止车辙病害已成为目前迫切需要解决的问题。

3.1国内外研究现状

沥青路面车辙是一个世界性难题，成因复杂在，解决车辙问题的道路上还有更长的路需要走。

3.1.1国外研究现状

进入21世纪以来，国外的研究人员己经将重点放在了利用非线性粘弹性、粘塑性本构模型理论来探索沥青路面的永久性变形。

3.1.2国内研究现状

长安大学、东南大学、同济大学在这一领域一直处于领先水平，并在各自研究的方法理论基础上建立了车辙永久性变形的预估方程。

长安大学在建立车辙预估模型时同时考虑了轮迹两侧的隆起量和温度，使其更符合实际。所建立的预估方程：

4车辙类型

目前根据车辙形成的原因不同将其分为以下四种类型：

失稳型车辙；

结构型车辙；

密性型车辙；

磨耗型车辙。

4.1失稳型车辙

沥青路面处于高温状态时，在行车荷载作用下其内部材料发生横向流动变形而产生的车辙，通常发生在轮迹处，两侧有隆起，呈W型，主要由于沥青混合料的高温稳定性不足造成的，这类车辙是目前研究的主要对象。

结构型车辙

4.3压密型车辙

沥青路面铺筑过程中压实度不足或者混合料设计不当引起的。开放交通后轮迹带下的面层继续受到压实，产生压密变形。这种车辙在国外较少，但在我国却常常发生，属于非正常的车辙。

磨耗型车辙

5车辙形成过程

5.1车辙是在剪应力作用下沥青混合料塑性流动的结果,分三个阶段：

(1)压密

路面通车后沥青混合料骨架在行车荷载作用下被重新排列，由沥青、矿粉组成的胶浆则被挤进矿料间隙使得路面更加密实进一步压密。

(2)压密稳定

路面骨架因为沥青胶浆发生流动而丧失稳定性，沥青混合料一部分填充骨架的空隙，另一部分便会自由地流动，导致路面在受力的区域产生压缩变形。

(3）剪切破坏

沥青胶浆会出现流动，骨架结构主要承担荷载发生剪切作用，沥青混凝土路面发生永久性变形（路面抗剪强度不足）。

5.2车辙形成过程的两大作用:

(1)蠕变作用；

(2)剪切作用。

5.3沥青混合料抗剪试验

单轴压缩试验评价指标：抗压回弹模量；

车辙试验评价指标：DS动稳定度；

三轴试验评价指标：C和?；

单轴贯入试验评价指标：C和?。

5.3.1三轴试验

沥青混合料的抗剪强度与内外法向应力呈直线关系，并且其大小取决于材料粘聚力和内摩擦力。T.F.Fwa,S.A.Tan和L.Y.Zhu利用三轴试验，在不同应力水平下建立一族莫尔圆，如下图所示。（分析可得莫尔圆切线与纵坐标的竖向截距大小即为粘聚力c值，切线倾斜角为内摩擦角?值)。

根据力学强度试验结果，采用同一种沥青类型不同级配的沥青混合料，其粘聚力值随着级配的不同而出现明显的变化。

6.1.3沥青混合料粉胶比对粘聚力C的影响

沥青混合料的摩擦角主要体现了沥青混合料中的矿质集料相互移动时，在集料颗粒接触面上产生的阻力。当矿料发生相互移动时，不仅要克服集料之间的嵌挤力，还要克服集料颗粒表面沥青膜的粘滞阻力。因此，沥青的内聚力会在一定程度上影响沥青混合料的摩擦角。

6.2.2级配对内摩擦角的影响

沥青混合料的摩擦角与在沥青裹覆条件下的颗粒表面的综合粗糙度以及颗粒的排列或接触状态有关。即矿料级配在很大程度上决定了沥青混合料的摩擦角甲的大小。但是摩擦角对于不同的沥青混合料级配并没有很好的区分性。

6.3灰色关联理论对粘聚力与内摩擦角的分析

难以准确的判定沥青混合料粘聚力和摩擦角对沥青混合料高温性能的影响大小。沥青混合料高温性能影响因素的灰关联分析（灰色理论是由我国邓聚龙教授首次提出）表明，沥青混合料的粘聚力对沥青混合料的高温性能的影响程度略高于摩擦角，但是两者没有表现出过于悬殊的差别。（沥青的粘聚力与内摩擦角的大小相互影响）。

7计算车辙的方法

理论分析法（利用层应变和粘弹性理论的方法）；

理论结合经验法；

统计分析法。

理论结合经验法和统计分析法均需建立在大量的实验基础上，不易于广泛的推广。

理论分析法中的有限元法对沥青混合料的本构模型进行模拟路面材料的非线性特点，并结合试验得到需要的参数来进行车辙的预估以更好的计算车辙。目前，可以仿真计算车辙的商用有限元软件有很多，如:ANSYS等。

8结语

在日益重视环保、讲究与环境协调、提倡可持续发展的21世纪，提高路面使用寿命，节省建筑材料是一种有效且较经济的环保措施，具有更好的经济性。综上所述，在21世纪防治车辙病害是可行的、合适的，也是相对较经济的，应得到公路建设者的重视，和社会各界的关注。

参考文献

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