淺析瀝青混合料的永久變形

1、<p>　　淺析瀝青混合料的永久變形</p><p>　　摘要：本文根據(jù)瀝青路面的永久變形產(chǎn)生原因的不同對其進行了類別的劃分，并且分析了半剛性基層下瀝青混合料永久變形的形成，以及提出了永久變形的形成機理。為瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性研究奠定了基礎(chǔ)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：瀝青混合料永久變形 半剛性基層車轍 </p><p>　　中圖分類號：U412.2

2、文獻標志碼：A 文章編號： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　在高溫條件下，瀝青路面在車輛荷載的反復作用下，在輪跡處路面各結(jié)構(gòu)層將會出現(xiàn)不可恢復變形，隨著變形的不斷積累導致車轍產(chǎn)生。ASTM標準E867將永久變形定義成“一種由橫向交叉斜面和縱剖面限定的偏離水平面的相鄰豎向凹陷”。 </p><p>　　瀝青混合料

3、永久變形分類 </p><p>　　在瀝青路面的各種破壞現(xiàn)象中，車轍問題顯得尤為重要。因為它除了降低行車舒適性外，還會對交通安全產(chǎn)生直接影響。路面車轍會增加司機變換車道的難度，陰雨天導致的車轍內(nèi)的路面積水極易使高速行駛的汽車產(chǎn)生漂移，在惡劣氣候條件下造成制動距離不足等問題。國際上通常將瀝青路面車轍分為以下五種類型： </p><p><b>　　1. 結(jié)構(gòu)型車轍 </b&g

4、t;</p><p>　　主要是基層等路面結(jié)構(gòu)層或路基強度不足，即施加在路面上的行車荷載超出路面結(jié)構(gòu)層的總強度，故發(fā)生在瀝青面層以及路基在內(nèi)的永久變形，稱為結(jié)構(gòu)型車轍。該類車轍寬度較大，兩側(cè)無隆起現(xiàn)象，橫斷面為淺盆狀的U形[1]。 </p><p><b>　　2. 失穩(wěn)型車轍 </b></p><p>　　也就是瀝青混合料的側(cè)向流動變形，在高

5、溫及車輪反復碾壓作用下，交通荷載產(chǎn)的應力超過瀝青混合料自身的抗剪強度，即穩(wěn)定度極限。此種情況下，瀝青混合料中的自由瀝青以及瀝青與礦料之間的膠漿將會首先產(chǎn)生流動，促成瀝青混合料產(chǎn)生流動變形，流動變形的不斷積累形成車轍，叫做瀝青的流動型車轍即失穩(wěn)型車轍。 </p><p>　　失穩(wěn)型車轍的特點是車輪荷載作用處下凹，然而車輪荷載作用較少的行車道兩側(cè)則會向上隆起，內(nèi)外側(cè)成非對稱狀態(tài)。主要發(fā)生在車速慢、車胎接地時間較長、橫

6、向應力較大的地方，如爬坡路段、道路交叉口附近等，其橫斷面呈W型[2]。失穩(wěn)型車轍在我國發(fā)生的較多，對于此類車轍目前并未有有效的維修方法，唯有將路面車轍受損部位刨除再用新的混合料進行修補，是當今研究的主要對象。 </p><p>　　3. 再壓實型車轍 </p><p>　　在瀝青路面碾壓不足的情況下，開放交通后經(jīng)歷車輪荷載的再碾壓，使路面受到再壓實，導致瀝青路面厚度的減薄，在車輪荷載集中的

7、地方出現(xiàn)凹陷，形成車轍。在這樣的路段下，只有在交通車輛反復碾壓作用下，瀝青層孔隙率不斷減小，達到極限的殘余孔隙率后才能穩(wěn)定。這類車轍一般兩側(cè)沒有隆起，只有下凹。 </p><p><b>　　4. 磨耗型車轍 </b></p><p>　　在車輛輪胎磨損和環(huán)境的綜合作用下，路面出現(xiàn)磨損，面層內(nèi)集料顆粒逐漸脫落，形成車轍。在冬季路面鋪撒防滑料時，磨損型車轍則加速發(fā)展。此

8、類車轍在北歐國家較常見，而在我國幾乎是沒有的，研究過程中暫不考慮。 </p><p>　　5. 水損害型車轍 </p><p>　　由于瀝青路面的中下層產(chǎn)生明顯的水損害繼而失去了瀝青膜的粘結(jié)作用，因此在荷載的作用下出現(xiàn)了因變形累積而形成的車轍。 </p><p>　　二、瀝青混合料永久變形的形成機理 </p><p>　　1.國內(nèi)半剛性基層瀝

9、青路面 </p><p>　　在我國，基層基本上采用半剛性材料，使得基層、路基產(chǎn)生的永久變形極小。據(jù)道路使用的實際情況調(diào)查和研究表明，半剛性基層高等級瀝青路面的永久變形，90%產(chǎn)生在瀝青面層[3] ，由基層變形導致的車轍變形所占比例較小，因此發(fā)生在瀝青路面面層的瀝青混合料永久變形成為研究的重點。 </p><p>　　瀝青混合料是松散的礦料骨架和瀝青結(jié)合料共同構(gòu)成的。瀝青混合料的力學強度主

10、要來自礦料顆粒之間的互相摩擦與嵌擠作用以及瀝青對礦料的膠結(jié)力。在車輛荷載的不斷作用下，在瀝青膜粘結(jié)力不足的區(qū)域，就會出現(xiàn)微觀粒子的流動，從而引發(fā)部分團粒之間的相互錯動現(xiàn)象。外來荷載的不間斷碾壓作用，促使團粒之間的錯動范圍在更深、更廣的范圍繼續(xù)傳播，引起路面結(jié)構(gòu)的微變形，經(jīng)過一段時間的積累形成宏觀的永久變形。帶來的直接后果就是瀝青面層混合料向車輪兩側(cè)流動，從而產(chǎn)生推移、擁抱以及波浪等路面病害[4]。 </p><p&g

11、t;　　2.國外對永久變形的分析 </p><p>　　國外對于瀝青混合料永久變形的研究較早，總體上來說，對瀝青路面的車轍形成機理主要有兩種見解：瀝青路面在外來荷載作用下的剪切變形和壓密變形。 </p><p><b>　?、?剪切變形 </b></p><p>　　路面的剪切變形是由于作用在路面上的車輛荷載對路面施壓而產(chǎn)生的剪應力超過了瀝青路

12、面自身的抗剪切能力而產(chǎn)生的變形，長此以往，形成車轍。 </p><p><b>　?、?壓密變形 </b></p><p>　　Patterson研究表明，在建立瀝青路面永久變形預估模型時，需要同時考慮瀝青混合料的壓密和塑性流動變形。壓密主要包括材料的體積變化，由于壓密，引起了材料顆粒之間更緊密的排列；塑性流動則是由材料的遷移產(chǎn)生的，不包括材料的體積變化，一旦荷載作用

13、超過材料的剪切強度或者承受了足夠的蠕變，永久變形就會發(fā)生。壓密和流動變形是絕大多數(shù)路面遭遇的變形行為。 </p><p>　　3.永久變形的形成過程 </p><p>　　在行車荷載的反復作用下，永久變形的形成過程可簡單地分為以下三個階段： </p><p>　?、?開始階段的后續(xù)壓實：道路開放的初期，瀝青混合料內(nèi)部存在空隙，瀝青層在車輛荷載反復碾壓作用下，空隙將不

14、斷減小，瀝青面層厚度減薄，甚至在荷載集中部位出現(xiàn)凹槽，其中不可恢復的部分成為永久變形。在空隙率不斷減少的情況下，集料在外力作用下排列成具有一定骨架的結(jié)構(gòu)，以至于壓密變形不再發(fā)生。 </p><p>　　② 瀝青混合料的流動：由瀝青混合料自身的粘彈性可知，在高溫季節(jié)，瀝青路面在外來荷載的反復作用下，瀝青混合料變成以粘性為主的半固體，在外來荷載對路面施力形成的剪應力超過了瀝青混合料各結(jié)構(gòu)層總的抗剪強度的情況下，瀝青混

15、合料將產(chǎn)生流動變形，經(jīng)不斷積累形成永久變形。這種變形主要表現(xiàn)為車輪部位下凹的同時并伴有兩側(cè)隆起現(xiàn)象。 </p><p>　　③ 礦質(zhì)骨料的重排和破壞：高溫條件下，瀝青混合料將處于半固態(tài)，在車輛荷載的不斷碾壓下，瀝青混合料中的自由瀝青以及瀝青膠漿將會繼續(xù)流動，在這樣的情況下，就會導致瀝青混合料組分的不均勻分布。瀝青混合料中礦料相互嵌擠組成的骨架結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)松動，再加上其中瀝青的潤滑作用，松動就會愈演愈烈，再加上外來

16、荷載的施力，部分礦料就會出現(xiàn)滑移，這時候瀝青及瀝青膠漿就會不斷地流向其富集區(qū)域，最后流向瀝青混合料的自由面。 </p><p><b>　　三、總結(jié) </b></p><p>　　瀝青混合料的永久變形，可以根據(jù)產(chǎn)生原因的不同，劃分為結(jié)構(gòu)型車轍、失穩(wěn)型車轍等幾類。通過對瀝青混合料永久變形形成機理的分析，可知，需從兩個方面來分析永久變形：首先是路面鋪筑過程中壓實度的控制上

17、，開放交通前是否達到了要求的壓實度；另一方面則是，開放交通后，路面使用過程中的高溫作用下，瀝青混合料的流動以及混合料骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，所以瀝青合料高溫穩(wěn)定性的研究將集中在瀝青混合料在高溫下抗流動變形的能力上。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 方楊.高抗車轍瀝青路面材料開發(fā)及應用[D].武漢.武漢理工大學.2008 <

18、;/p><p>　　[2] 張登良.瀝青路面工程手冊[M].北京.人民交通出版社.2003 </p><p>　　[3] 李靜.瀝青混合料路用性能預測模型的研究[D].西安.長安大學.2004 </p><p>　　[4] 李志剛.高速公路瀝青路面養(yǎng)護決策及實施技術(shù)研究[D].南京.東南大學.2000 </p><p>　　[5] 張宏.瀝青路面