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(duì)其進(jìn)行了類(lèi)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(jī)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(chē)轍 </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：U412.2

2、文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　在高溫條件下，瀝青路面在車(chē)輛荷載的反復(fù)作用下，在輪跡處路面各結(jié)構(gòu)層將會(huì)出現(xiàn)不可恢復(fù)變形，隨著變形的不斷積累導(dǎo)致車(chē)轍產(chǎn)生。ASTM標(biāo)準(zhǔn)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(lèi) </p><p>　　在瀝青路面的各種破壞現(xiàn)象中，車(chē)轍問(wèn)題顯得尤為重要。因?yàn)樗私档托熊?chē)舒適性外，還會(huì)對(duì)交通安全產(chǎn)生直接影響。路面車(chē)轍會(huì)增加司機(jī)變換車(chē)道的難度，陰雨天導(dǎo)致的車(chē)轍內(nèi)的路面積水極易使高速行駛的汽車(chē)產(chǎn)生漂移，在惡劣氣候條件下造成制動(dòng)距離不足等問(wèn)題。國(guó)際上通常將瀝青路面車(chē)轍分為以下五種類(lèi)型： </p><p><b>　　1. 結(jié)構(gòu)型車(chē)轍 </b&g

4、t;</p><p>　　主要是基層等路面結(jié)構(gòu)層或路基強(qiáng)度不足，即施加在路面上的行車(chē)荷載超出路面結(jié)構(gòu)層的總強(qiáng)度，故發(fā)生在瀝青面層以及路基在內(nèi)的永久變形，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)型車(chē)轍。該類(lèi)車(chē)轍寬度較大，兩側(cè)無(wú)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(chē)轍 </b></p><p>　　也就是瀝青混合料的側(cè)向流動(dòng)變形，在高

5、溫及車(chē)輪反復(fù)碾壓作用下，交通荷載產(chǎn)的應(yīng)力超過(guò)瀝青混合料自身的抗剪強(qiáng)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(huì)首先產(chǎn)生流動(dòng)，促成瀝青混合料產(chǎn)生流動(dòng)變形，流動(dòng)變形的不斷積累形成車(chē)轍，叫做瀝青的流動(dòng)型車(chē)轍即失穩(wěn)型車(chē)轍。 </p><p>　　失穩(wěn)型車(chē)轍的特點(diǎn)是車(chē)輪荷載作用處下凹，然而車(chē)輪荷載作用較少的行車(chē)道兩側(cè)則會(huì)向上隆起，內(nèi)外側(cè)成非對(duì)稱(chēng)狀態(tài)。主要發(fā)生在車(chē)速慢、車(chē)胎接地時(shí)間較長(zhǎng)、橫

6、向應(yīng)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(chē)轍在我國(guó)發(fā)生的較多，對(duì)于此類(lèi)車(chē)轍目前并未有有效的維修方法，唯有將路面車(chē)轍受損部位刨除再用新的混合料進(jìn)行修補(bǔ)，是當(dāng)今研究的主要對(duì)象。 </p><p>　　3. 再壓實(shí)型車(chē)轍 </p><p>　　在瀝青路面碾壓不足的情況下，開(kāi)放交通后經(jīng)歷車(chē)輪荷載的再碾壓，使路面受到再壓實(shí)，導(dǎo)致瀝青路面厚度的減薄，在車(chē)輪荷載集中的

7、地方出現(xiàn)凹陷，形成車(chē)轍。在這樣的路段下，只有在交通車(chē)輛反復(fù)碾壓作用下，瀝青層孔隙率不斷減小，達(dá)到極限的殘余孔隙率后才能穩(wěn)定。這類(lèi)車(chē)轍一般兩側(cè)沒(méi)有隆起，只有下凹。 </p><p><b>　　4. 磨耗型車(chē)轍 </b></p><p>　　在車(chē)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(chē)轍。在冬季路面鋪撒防滑料時(shí)，磨損型車(chē)轍則加速發(fā)展。此

8、類(lèi)車(chē)轍在北歐國(guó)家較常見(jiàn)，而在我國(guó)幾乎是沒(méi)有的，研究過(guò)程中暫不考慮。 </p><p>　　5. 水損害型車(chē)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(chē)轍。 </p><p>　　二、瀝青混合料永久變形的形成機(jī)理 </p><p>　　1.國(guó)內(nèi)半剛性基層瀝

9、青路面 </p><p>　　在我國(guó)，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(shí)際情況調(diào)查和研究表明，半剛性基層高等級(jí)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(dǎo)致的車(chē)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(diǎn)。 </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(xué)強(qiáng)度主

10、要來(lái)自礦料顆粒之間的互相摩擦與嵌擠作用以及瀝青對(duì)礦料的膠結(jié)力。在車(chē)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(huì)出現(xiàn)微觀粒子的流動(dòng)，從而引發(fā)部分團(tuán)粒之間的相互錯(cuò)動(dòng)現(xiàn)象。外來(lái)荷載的不間斷碾壓作用，促使團(tuán)粒之間的錯(cuò)動(dòng)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(guò)一段時(shí)間的積累形成宏觀的永久變形。帶來(lái)的直接后果就是瀝青面層混合料向車(chē)輪兩側(cè)流動(dòng)，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(guó)外對(duì)永久變形的分析 </p><p>　　國(guó)外對(duì)于瀝青混合料永久變形的研究較早，總體上來(lái)說(shuō)，對(duì)瀝青路面的車(chē)轍形成機(jī)理主要有兩種見(jiàn)解：瀝青路面在外來(lái)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(chē)輛荷載對(duì)路面施壓而產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過(guò)了瀝青路

12、面自身的抗剪切能力而產(chǎn)生的變形，長(zhǎng)此以往，形成車(chē)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(yù)估模型時(shí)，需要同時(shí)考慮瀝青混合料的壓密和塑性流動(dòng)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(dòng)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(guò)材料的剪切強(qiáng)度或者承受了足夠的蠕變，永久變形就會(huì)發(fā)生。壓密和流動(dòng)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(guò)程 </p><p>　　在行車(chē)荷載的反復(fù)作用下，永久變形的形成過(guò)程可簡(jiǎn)單地分為以下三個(gè)階段： </p><p>　　① 開(kāi)始階段的后續(xù)壓實(shí)：道路開(kāi)放的初期，瀝青混合料內(nèi)部存在空隙，瀝青層在車(chē)輛荷載反復(fù)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(fù)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>　?、?瀝青混合料的流動(dòng)：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(lái)荷載的反復(fù)作用下，瀝青混合料變成以粘性為主的半固體，在外來(lái)荷載對(duì)路面施力形成的剪應(yīng)力超過(guò)了瀝青混合料各結(jié)構(gòu)層總的抗剪強(qiáng)度的情況下，瀝青混

15、合料將產(chǎn)生流動(dòng)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(chē)輪部位下凹的同時(shí)并伴有兩側(cè)隆起現(xiàn)象。 </p><p>　?、?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(chē)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(huì)繼續(xù)流動(dòng)，在這樣的情況下，就會(huì)導(dǎo)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(huì)出現(xiàn)松動(dòng)，再加上其中瀝青的潤(rùn)滑作用，松動(dòng)就會(huì)愈演愈烈，再加上外來(lái)

16、荷載的施力，部分礦料就會(huì)出現(xiàn)滑移，這時(shí)候?yàn)r青及瀝青膠漿就會(huì)不斷地流向其富集區(qū)域，最后流向?yàn)r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(chē)轍、失穩(wěn)型車(chē)轍等幾類(lèi)。通過(guò)對(duì)瀝青混合料永久變形形成機(jī)理的分析，可知，需從兩個(gè)方面來(lái)分析永久變形：首先是路面鋪筑過(guò)程中壓實(shí)度的控制上

17、，開(kāi)放交通前是否達(dá)到了要求的壓實(shí)度；另一方面則是，開(kāi)放交通后，路面使用過(guò)程中的高溫作用下，瀝青混合料的流動(dòng)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(dòng)變形的能力上。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 方楊.高抗車(chē)轍瀝青路面材料開(kāi)發(fā)及應(yīng)用[D].武漢.武漢理工大學(xué).2008 <

18、;/p><p>　　[2] 張登良.瀝青路面工程手冊(cè)[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(yù)測(cè)模型的研究[D].西安.長(zhǎng)安大學(xué).2004 </p><p>　　[4] 李志剛.高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)決策及實(shí)施技術(shù)研究[D].南京.東南大學(xué).2000 </p><p>　　[5] 張宏.瀝青路面