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1、佛山市顺德区碧桂路佛山市顺德区碧桂路BT工程工程沥青路面抗车辙优化措施沥青路面抗车辙优化措施车辙病害主要类别车辙病害主要类别 沥青路面柔性铺装的车辙由车辆荷载反复碾压形成，沥青路面柔性铺装的车辙由车辆荷载反复碾压形成，它起因于沥青混合料的粘滞流动、土基与基层的变形，它起因于沥青混合料的粘滞流动、土基与基层的变形，并包括一定程度的压实作用和材料磨耗。并包括一定程度的压实作用和材料磨耗。半刚性基层沥半刚性基层沥青路面的车辙主要来源于沥青混合料的粘滞流动和一定青路面的车辙主要来源于沥青混合料的粘滞流动和一定程度的压实作用程度的压实作用。 目前，国内外根据车辙产生的原因将沥青路面的车目前，国内外根据车
2、辙产生的原因将沥青路面的车辙普遍分为四种：辙普遍分为四种： 结构性车辙结构性车辙 流动性车辙流动性车辙 磨损性车辙磨损性车辙 压实性车辙压实性车辙车辙病害主要类别车辙病害主要类别v结构性车辙结构性车辙 结构性车辙是由于道路行车荷载作用超过路结构性车辙是由于道路行车荷载作用超过路面各层的强度，沥青面层以下包括路基在内的各面各层的强度，沥青面层以下包括路基在内的各结构层产生的永久变形。结构层产生的永久变形。 这种车辙的宽度比较大，两侧没有隆起现象，这种车辙的宽度比较大，两侧没有隆起现象，横断面呈浅盆状的凹形。横断面呈浅盆状的凹形。车辙病害主要类别车辙病害主要类别v流动性车辙流动性车辙 流动性车辙也
3、叫失稳性车辙，即路面在高温流动性车辙也叫失稳性车辙，即路面在高温条件下，车轮荷载反复碾压产生的剪应力超过沥条件下，车轮荷载反复碾压产生的剪应力超过沥青混合料的抗剪强度，使流动变形不断积累形成。青混合料的抗剪强度，使流动变形不断积累形成。 这种车辙在车轮荷载的中心位置下产生下凹这种车辙在车轮荷载的中心位置下产生下凹变形，而且路面材料从荷载挤压下变形，而且路面材料从荷载挤压下“流向流向”车辙车辙两侧，并向上隆起，使车辙断面呈两侧，并向上隆起，使车辙断面呈W形。形。车辙病害主要类别车辙病害主要类别v磨损性车辙磨损性车辙 磨损性车辙是路面面层在带钉轮胎或者带链磨损性车辙是路面面层在带钉轮胎或者带链轮胎
4、的磨耗下形成的车辙。轮胎的磨耗下形成的车辙。 这种车辙只发生在路面表面，具体表现为路这种车辙只发生在路面表面，具体表现为路面面层材料的剥落或者磨损。面面层材料的剥落或者磨损。车辙病害主要类别车辙病害主要类别v压实性车辙压实性车辙 压实性车辙是路面在铺筑过程中由于压实不压实性车辙是路面在铺筑过程中由于压实不足，致使道路开放交通后，在车辆荷载的反复碾足，致使道路开放交通后，在车辆荷载的反复碾压下，空隙率不断减小，产生压密变形而形成的压下，空隙率不断减小，产生压密变形而形成的车辙。车辙。 这种车辙两侧没有隆起，只有下凹，而且它这种车辙两侧没有隆起，只有下凹，而且它的车辙深度在路面达到极限残余空隙率后
5、趋于稳的车辙深度在路面达到极限残余空隙率后趋于稳定。定。车辙病害主要类别车辙病害主要类别v近年来，随着压实施工技术的提高、施工质量的近年来，随着压实施工技术的提高、施工质量的有效控制、管理的完善以及新材料在半刚性基层有效控制、管理的完善以及新材料在半刚性基层和耐磨面层的广泛使用，半刚性基层的永久变形和耐磨面层的广泛使用，半刚性基层的永久变形非常小，基本上可以忽略不记，而且在厚半刚性非常小，基本上可以忽略不记，而且在厚半刚性材料层下的土基顶面的压应力很小。在这样小的材料层下的土基顶面的压应力很小。在这样小的应力作用下，土基实际上工作在弹性阶段，即土应力作用下，土基实际上工作在弹性阶段，即土基不会
6、产生永久变形。基不会产生永久变形。v因此，可以认为半刚性基层沥青路面的车辙主要因此，可以认为半刚性基层沥青路面的车辙主要来源于沥青结合料层在高温和车辆作用荷载下的来源于沥青结合料层在高温和车辆作用荷载下的塑性流动变形，即塑性流动变形，即流动性车辙流动性车辙。车辙病害产生机理车辙病害产生机理1.1.内在成因：内在成因： (1) (1) 结构问题结构问题: : 是由于道路结构（包括面层、基层是由于道路结构（包括面层、基层和路基）强度不足造成的，这主要是因为道路设计强度和路基）强度不足造成的，这主要是因为道路设计强度不够或者路基受到水损害；不够或者路基受到水损害； (2) (2) 材料问题材料问题:
7、 : 主要是面层材料的抗车辙性能不好主要是面层材料的抗车辙性能不好引起的，是重复荷载造成的不可恢复的微小压密变形或引起的，是重复荷载造成的不可恢复的微小压密变形或者剪切流动变形的累积。者剪切流动变形的累积。2. 2. 外在成因外在成因 (1) (1) 交通荷载交通荷载: : 交通荷载引起的路面结构的应力应交通荷载引起的路面结构的应力应变状态的变化是影响车辙产生和发展的重要因素变状态的变化是影响车辙产生和发展的重要因素 (2) (2) 自然环境因素自然环境因素: : 高温是引发路面车辙产生的另高温是引发路面车辙产生的另一个重要外因，这是由沥青混合料的力学性质依赖温度一个重要外因，这是由沥青混合料
8、的力学性质依赖温度的本质的本质沥青混合料从低温到高温依次表现出固体到沥青混合料从低温到高温依次表现出固体到液体的性质所决定的。液体的性质所决定的。 车辙成因分析车辙成因分析 1. 结构问题结构问题 通过分析车辙损坏后的路面的横断面形状，可以推通过分析车辙损坏后的路面的横断面形状，可以推测路面的变形主要是由哪一结构层引起的测路面的变形主要是由哪一结构层引起的；利用横断面形；利用横断面形状来判定车辙的来源的基本假设是：路面的压密变形存在状来判定车辙的来源的基本假设是：路面的压密变形存在于路面结构的每一层，表现为各层在竖直方向上的凹陷。于路面结构的每一层，表现为各层在竖直方向上的凹陷。该理论根据路面
9、表面车辙的形状尺寸来判别车辙损坏可能该理论根据路面表面车辙的形状尺寸来判别车辙损坏可能是由于路面哪一结构层引起的。是由于路面哪一结构层引起的。 我国多采用半刚性基层，半刚性基层面层厚度常在我国多采用半刚性基层，半刚性基层面层厚度常在1020cm。从力学计算上可以得知，质量达到要求的。从力学计算上可以得知，质量达到要求的半刚性基层和半刚性底基层是不会产生压缩永久形变的。半刚性基层和半刚性底基层是不会产生压缩永久形变的。基层下面的土基顶面的压应力很小，通常为基层下面的土基顶面的压应力很小，通常为0.01MPa，在如此小应力下的土基实际上工作在弹性变形阶段，是不在如此小应力下的土基实际上工作在弹性变
10、形阶段，是不会产生永久变形的，会产生永久变形的，因此可以认为，在我国，沥青路面的因此可以认为，在我国，沥青路面的永久变形是由沥青面层产生的。永久变形是由沥青面层产生的。车辙成因分析车辙成因分析2. 材料问题材料问题 1）集料）集料 集料对混合料车辙性能影响最大的要素之一是级配集料对混合料车辙性能影响最大的要素之一是级配。密实级配有利于减轻混合料车辙损坏，在充分压实的情况密实级配有利于减轻混合料车辙损坏，在充分压实的情况下，相比开级配或断级配混合料，密实连续级配混合料拥下，相比开级配或断级配混合料，密实连续级配混合料拥有较小的空隙率且粒料间的接触点也更多；在高温条件下，有较小的空隙率且粒料间的接
11、触点也更多；在高温条件下，混合料中石料间的嵌挤情况对车辙发展有一定的影响，间混合料中石料间的嵌挤情况对车辙发展有一定的影响，间断级配沥青混合料更易于发生车辙损坏。断级配沥青混合料更易于发生车辙损坏。 集料的表面纹理也会影响到混合料的抗车辙性能，尤集料的表面纹理也会影响到混合料的抗车辙性能，尤其对于较厚的沥青层和高温气候区，需要使用表面粗糙的其对于较厚的沥青层和高温气候区，需要使用表面粗糙的石料。石料。 提高集料最大粒径（大约为层厚的提高集料最大粒径（大约为层厚的2/3左右）对降低左右）对降低混合料车辙损坏有较好的效果。混合料车辙损坏有较好的效果。 车辙成因分析车辙成因分析2. 材料问题材料问题
12、2）沥青）沥青 道路沥青混合料的劲度主要受沥青劲度的影响。道路沥青混合料的劲度主要受沥青劲度的影响。而沥而沥青作为一种力学特性严重依赖温度及荷载大小、频率的粘青作为一种力学特性严重依赖温度及荷载大小、频率的粘弹性材料，其性能又受到外在的环境因素如荷载及气候因弹性材料，其性能又受到外在的环境因素如荷载及气候因素的影响。素的影响。 许多学者都认为粘度低的沥青使得混合料劲度下降而许多学者都认为粘度低的沥青使得混合料劲度下降而易于发生永久变形损坏；并建议在炎热地区或厚的沥青混易于发生永久变形损坏；并建议在炎热地区或厚的沥青混凝土路面使用粘度较大的沥青。凝土路面使用粘度较大的沥青。 3）混合料）混合料
13、总体上来说，压实后的混合料的流变性质与温度的关总体上来说，压实后的混合料的流变性质与温度的关系大致可以用下图反映：系大致可以用下图反映： 车辙成因分析车辙成因分析车辙成因分析车辙成因分析 3）混合料）混合料 一般地，设计者趋向于根据道路所在地气候条件来设一般地，设计者趋向于根据道路所在地气候条件来设计沥青混合料。在国内，混合料类型和原材料的选用经常计沥青混合料。在国内，混合料类型和原材料的选用经常会依据当地的工程经验来确定。将混合料的力学响应特性会依据当地的工程经验来确定。将混合料的力学响应特性与使用地的气候条件参数建立量化关系是道路沥青混合料与使用地的气候条件参数建立量化关系是道路沥青混合料
14、设计（尤其沥青等级选择）的发展趋势。设计（尤其沥青等级选择）的发展趋势。 强调现场压实的重要性，混合料的现场压实度是控制强调现场压实的重要性，混合料的现场压实度是控制施工质量的主要参数之一，正确的压实操作将进一步提高施工质量的主要参数之一，正确的压实操作将进一步提高沥青混合料的路用性能。沥青混合料的路用性能。车辙成因分析车辙成因分析 4）荷载）荷载 交通荷载引起的路面结构的应力应变状态的变化是影交通荷载引起的路面结构的应力应变状态的变化是影响车辙产生和发展的重要因素。响车辙产生和发展的重要因素。 当压实混合料所承受的剪切力超过本身的抗剪强度时，当压实混合料所承受的剪切力超过本身的抗剪强度时，混
15、合料开始发生剪切破坏，而路面材料一旦确定，路面内混合料开始发生剪切破坏，而路面材料一旦确定，路面内部的应力状态则很大程度上受交通荷载的控制。此外，高部的应力状态则很大程度上受交通荷载的控制。此外，高等级公路的交通渠化进一步加速了路面车辙的发展。等级公路的交通渠化进一步加速了路面车辙的发展。 通过轮辙试验结果，总结出下面的关系式：通过轮辙试验结果，总结出下面的关系式： 车辙成因分析车辙成因分析5 5）温度）温度 高温是引发路面车辙产生的另一个重要外因，这是由高温是引发路面车辙产生的另一个重要外因，这是由沥青混合料的力学性质依赖温度的本质沥青混合料的力学性质依赖温度的本质沥青混合料从沥青混合料从低
16、温到高温依次表现出固体到液体的性质所决定的。低温到高温依次表现出固体到液体的性质所决定的。 国外有研究者通过大量的室内车辙试验数据建立了温国外有研究者通过大量的室内车辙试验数据建立了温度、荷载等效模型，认为温度的升高和荷载作用的增加对度、荷载等效模型，认为温度的升高和荷载作用的增加对车辙的贡献在数量上存在等效的转换关系。车辙的贡献在数量上存在等效的转换关系。 沥青混合料其本质上是一种温度敏感性的粘弹性体沥青混合料其本质上是一种温度敏感性的粘弹性体，在低温瞬时荷载的作用下，表现为弹性体，其应力在低温瞬时荷载的作用下，表现为弹性体，其应力- -应变应变关系近似呈线性；在高温长期荷载作用下，表现出明
17、显的关系近似呈线性；在高温长期荷载作用下，表现出明显的粘性性质，其具体力学行为就是粘性性质，其具体力学行为就是高温蠕变和应力松弛现象。高温蠕变和应力松弛现象。抗车辙性能优化抗车辙性能优化v路面车辙病害可以通过两条途径来控制：路面车辙病害可以通过两条途径来控制： （1）优化沥青混合料设计、提高沥青路面施）优化沥青混合料设计、提高沥青路面施工质量；工质量； （2）优化重型卡车的设计。）优化重型卡车的设计。 路面结构抗车辙性能优化预案路面结构抗车辙性能优化预案路面结构方案路面结构方案 碧桂路、红旗路、高富路碧桂路、红旗路、高富路BT工程的路面结构形式并工程的路面结构形式并不是单一的，不同的路段采用不
18、同的结构层。有新建路不是单一的，不同的路段采用不同的结构层。有新建路面结构层，也有在原有水泥混凝土板路面加铺沥青层的。面结构层，也有在原有水泥混凝土板路面加铺沥青层的。所用到结构层有粗型密级配沥青混凝土：所用到结构层有粗型密级配沥青混凝土： AC-13C，AC-20C，AC-25C。 其中上面层沥青采用改性沥青，中下面层采用基质其中上面层沥青采用改性沥青，中下面层采用基质沥青沥青 为优化沥青路面的抗车辙性能，可以采用改性沥青为优化沥青路面的抗车辙性能，可以采用改性沥青作为沥青混合料的结合料。作为沥青混合料的结合料。改性沥青技术改性沥青技术 所谓改性沥青，也包括改性沥青混合料，按照我国所谓改性沥
19、青，也包括改性沥青混合料，按照我国规范的定义，是指规范的定义，是指“掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥细的橡胶粉或其他填料等外掺剂（改性剂），或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料改善而制成的沥青结合料”。改性剂是指。改性剂是指“在沥青或沥青在沥青或沥青混合料中加入的天然的或人工的有机或无机材料，可溶解、混合料中加入的天然的或人工的有机或无机材料，可溶解、分散在沥青中，改善或提高沥青路面性能（与沥青发生反分散在沥青中，改善
20、或提高沥青路面性能（与沥青发生反应或裹覆在集料表面上）的材料应或裹覆在集料表面上）的材料”。改性沥青分类改性沥青分类岩沥青的优势岩沥青的优势 根据根据BMA改性剂在国内外的研究分析和使用实例证改性剂在国内外的研究分析和使用实例证明，掺加明，掺加BMA改性剂的改性沥青制品，拥有多项出色的改性剂的改性沥青制品，拥有多项出色的路用性能：路用性能： 1）天然沥青掺加到基质沥青后，改性沥青的针入度）天然沥青掺加到基质沥青后，改性沥青的针入度指数指数PI值增大，粘温指值增大，粘温指VTS（绝对值）减小，说明沥青（绝对值）减小，说明沥青的感温性能得到改善，且对多种基质沥青具普遍性。的感温性能得到改善，且对多
21、种基质沥青具普遍性。 2）天然沥青的掺入使改性沥青的环球法软化点及当）天然沥青的掺入使改性沥青的环球法软化点及当量软化点都有所提高，同时，改性沥青的高温粘度也增大，量软化点都有所提高，同时，改性沥青的高温粘度也增大，说明沥青的高温稳定性得到改善，且随着天然沥青剂量的说明沥青的高温稳定性得到改善，且随着天然沥青剂量的增加，高温稳定性也越好，且对多种基质沥青具有普遍性。增加，高温稳定性也越好，且对多种基质沥青具有普遍性。 3）经天然沥青改性后的改性沥青，其弹性恢复能力）经天然沥青改性后的改性沥青，其弹性恢复能力提高，说明沥青的自愈性能增强，在一定程度上可以弥补提高，说明沥青的自愈性能增强，在一定程
22、度上可以弥补低温开裂的影响。低温开裂的影响。岩沥青的优势岩沥青的优势 4）天然沥青的掺入，使改性沥青的当量脆点（绝对）天然沥青的掺入，使改性沥青的当量脆点（绝对值）及值）及10延度都有所下降，且随着天然沥青剂量的增延度都有所下降，且随着天然沥青剂量的增加，降低的幅度增大。说明沥青的低温抗裂性能受到影响。加，降低的幅度增大。说明沥青的低温抗裂性能受到影响。值得注意的是，在天然沥青剂量不大的情况下，比如值得注意的是，在天然沥青剂量不大的情况下，比如5%，有些自身低温性能较好的基质沥青本身的低温性能起主，有些自身低温性能较好的基质沥青本身的低温性能起主导作用，这时改性沥青的低温性能基本没受影响或降低
23、很导作用，这时改性沥青的低温性能基本没受影响或降低很小。小。 5）改性沥青经旋转薄膜烘箱短期老化后，抗老化性）改性沥青经旋转薄膜烘箱短期老化后，抗老化性能基本提高，耐久性比较好。能基本提高，耐久性比较好。 6）改性沥青与集料的粘附性能要远远优于基质沥青，）改性沥青与集料的粘附性能要远远优于基质沥青，这也是改性沥青混合料的水稳性得到很大改善的因素之一。这也是改性沥青混合料的水稳性得到很大改善的因素之一。 7）BMA改性沥青所增加的成本低于聚合物改性沥青、改性沥青所增加的成本低于聚合物改性沥青、其他天然沥青改性沥青（如其他天然沥青改性沥青（如TLA）及进口的同类产品。）及进口的同类产品。混合料性能
24、比较混合料性能比较不同沥青混合料的抗车辙性能比较不同沥青混合料的抗车辙性能比较混合料混合料类型型AC-20C(SBS)AC-20C(基基质沥青青)AC-20C(20BMA岩岩沥青青)动稳定度定度（次（次/mm）80768243014AC-20C采用不同结合料的材料费用对比采用不同结合料的材料费用对比沥青青结合料合料类型型结合料用量（）合料用量（） 每吨每吨沥青混青混合料合料结合料合料费用（元）用（元）每吨每吨沥青混青混合料增加合料增加费用用基基质沥青青3.8174.80SBS改性改性沥青青3.923459.2基基质沥青青BMA3.4%基基质沥青青+0.8%BMA193.218.4 岩沥青目前在国内主要是用作抗车辙剂，它岩沥青目前在国内主要是用作抗车辙剂，它在提高沥青混合料的高温稳定性方面的性价比要在提高沥青混合料的高温稳定性方面的性价比要高于高于SBS改性沥青，不同的岩沥青的价格差别较改性沥青，不同的岩沥青的价格差别较大，而使用效果差别不大，目前印尼布敦岩沥青大，而使用效果差别不大，目前印尼布敦岩沥青价格最低，性价比最高。可见价格最低，性价比最高。可见BMA是一种新型的是一种新型的沥青路面材料，可以为我国道路建设节省投资，沥青路面材料，可以为我国道路建设节省投资，极具竞争能力。极具竞争能力。
