抗车辙新型沥青路面Word版
抗车辙新型沥青路面(参考模板)
得分:_______研究生课程论文2014~2015学年 第2学期二〇一五年五月抗车辙新型沥青路面摘要:我国高速公路沥青路面早期破坏现象严重,其中高温车辙破坏是一个重要的原因。
我国从混合料的级配设计方法、改性沥青方法和外掺剂方法三个方面入手研发抗车辙沥青路面,其施工需要注意拌合、运输、摊铺、碾压等关键技术。
关键词:抗车辙;沥青;混合料的级配设计;改性沥青;外掺剂。
0 引言高速公路沥青路面早期破损问题,己成为影响我国公路健康发展的突出问题,主要表现在三个方面:(1)损坏时间早。
有的建成使用后1-2年,就出现严重的损坏现象,个别路段通车当年就出现大面积损坏,远远达不到设计寿命。
(2)损坏范围宽。
全国各地都不同程度地存在着路面过早损坏问题。
(3)损坏程度重。
有的损坏不是局限在沥青表面层,而是基层也发生损坏,不得不进行路面重建。
在沥青路面的早期损坏中尤其以高温车辙破坏最为突日。
1 车辙的形成车辙是行车道轮迹带上产生的永久变形,由轮迹的凹陷及两侧的隆起组成。
根据车辙的不同形成过程,可将车辙分成三大类型:失稳型车辙,是指当沥青混合料的高温稳定性不足时,沥青路面结构层在车轮荷载作用下,其内部材料因流动而产生横向位移,通常发生在轮迹处,这也是车辙的主要类型;结构型车辙,指沥青路面结构在交通荷载作用下产生的整体永久变形。
这种变形主要是由于路基变形传递到路面层而产生的;磨耗型车辙,为沥青路面结构层的材料在车轮磨耗和自然环境因素作用下不断地损失而形成的车辙。
汽车使用了防滑链和突钉轮胎后,这种车辙更易发生。
以上三种车辙中以失稳型车辙最为严重,其次为磨耗型车辙。
由于我国大多数沥青路面都采用水泥或石灰粉煤灰稳定粒料做基层,也常采用其他半刚性材料做底基层,这些材料的强度和模量都相当高,因此,沥青路面的车辙主要来源于沥青面层所产生的变形。
结构型车辙较小,故一般情况下所指的车辙是失稳型车辙。
2 车辙的危害车辙的出现,严重影响了路面的使用寿命和服务质量,给路面及路面使用者带来了许多危害:影响路面的平整度,降低了行车舒适性;轮迹处沥青层厚度减薄,削弱了沥青及路面结构的整体强度,从而易于诱发各种病害,如网裂和水损坏等;雨天路表排水不畅,降低了路面的抗滑能力,甚至于会由于车辙积水而导致车辆漂滑,冬天车辙内存水凝结成冰,路面抗滑能力下降,影响高速行车的安全;车辆在超车或更换方向时失控,影响车辆操纵的稳定性。
沥青路面车辙病害及抗车辙剂解决方案
此类路段是最容易产生车辙的路段。推荐在中面层掺加0.5%的 抗车辙剂,而且上面层宜采用SMA。
(3)市政干道十字路口及大型公交枢纽站
此类路段是城市道路中最容易产生各种高温破坏的部位,主要 是由刹车、起步引起的剪切力造成的。因此对于此类路段应建议在 中面层掺加抗车辙剂,掺量0.3~0.5%。
+70#A AC-20+SBS改性沥青
未浸水(KN) 9.326 12.104
11.642
浸水(KN) 8.162 10.983
10.355
残留稳定度比(%) 87.52 90.74
88.95
3 抗车辙剂的性能及与改性沥青对比
3.3 高温稳定性能
AC-20混合料车辙试验结果
60℃动稳定度 (次/mm)
上世纪70年代美国的调查表明:在州际和主要公路上车辙所致的路 面损害约占30%;80年代日本的调查表明:由于车辙所引起的路面损 害高达80%。
国内随着高速公路的建设,近年来(1999年以后)不同省份通车的 沥青路面都出现了车辙。
1998年通车的沈阳~山海关高速公路2年后就出现了较 严重车辙
由于沥青 混合料的 空隙率太 大,碾压 追密造成 压密性车 辙。一般 侧向隆起 较小。
压密型车辙
3.3 失稳型车辙
对于半刚性基层主要是由于沥青混合料结构失稳而致;含有柔性基 层的沥青路面也与基层和土基的不稳定有关。
4 原因分析
4 原因分析
路面结构 矿料级配 交通荷载 纵坡的影响 温度的影响 原材料 沥青的影响
5 车辙王抗车辙剂施工工艺
掺加方式与剂量:车辙王是按一定质量直接投入到拌合缸内与集 料进行拌合的,无需特殊的设置。常规掺量为沥青混合料总重量 的3‰-5‰ 。可以设计应用于上面层、中面层和下面层沥青混合 料中。 沥青混合料的拌和:首先将不同规格的冷集料按确定比例(由实 验室确定,符合某一级配规格)进入烘干筒,集料的烘干温度一 般为180-190℃,然后在正常的拌合工艺下,将一定比例的车辙 王抗车辙剂加入到拌合缸内与集料进行干拌,在原干拌时间基础 上增加10秒,再喷入已加热到160-170℃的热沥青,进行湿拌, 湿拌时间为40秒,直到拌合均匀无花白料为止。
pri 法国沥青路面抗车辙技术
解决冻融引起的路面 0.4% PR CR 抗弯拉应变 4000µε
问题
- 提高冻融劈裂强度
高海拔、高原地区 温差较大地区 长大纵坡 冻融地区等
3. PR 热拌沥青混合料低温施工技术
PR LT®掺量:0.4%~0.6%(沥青混合料总质量)
中、上面层
解决低温施工难、混
合料运输距离太长
-
解决车辙问题
解决低温开裂问题
解决各类改性技术低
放 75%、减少粉尘排放 40%~50%、节约能耗 22%) 隧道施工
温施工问题
- 适用于各种改性技术(SBS、SMA、岩沥青、湖 需要节能减排的项目
解决施工期间道路通
沥青等等)
需尽快开放交通的维修项目
行不畅问题
- 降低沥青混合料的老化程度,延长道路寿命
- 较快的开放交通
- 调整现有路面的平整度,修复小于 15mm 车辙等
半刚性基层和
沥青层之间/旧 延缓基层反射裂缝向 - 延缓反射裂缝 2 年
水泥路面和沥 上传递
- 防水作用
防止水通过面层进入 - 粘结作用
青层之间 基层,破坏结构
- 抗疲劳及耐久性
(厚 2cm)
“白改黑”工程、 桥面铺装 半刚性基层结构
PRI 技术推荐 – 贵州省
PRI 技术
9. PR 沥青路面降噪音技术
面层 上面层
解决低温施工难、混 - 提高抗车辙性能
低温施工(冬季、夜间等)、
合料运输距离太长 解决车辙问题
0.4%PR LT+0.3%aspha-min 动稳定度 4300 次/mm 隧道施工
- 提高低温抗裂性
混合料运输时间长的项目
解决低温开裂问题 响应“十二五”规划, 推动绿色低碳发展
沥青路面的车辙破坏防治方法抗车辙剂使用
沥青路面的车辙破坏防治方法抗车辙剂使用摘要:本文介绍了高速公路沥青路面常出现的几种病害,如车辙、坑槽、裂缝、表面破损等,并浅析裂缝产生的原因以及不同添加剂对多种病害的用途。
关键词:沥青混凝土;车辙破坏;抗车辙剂前言目前我国高速公路、城市快速路及海塘路面等基本都选用沥青混凝土做为结构的面层。
沥青混凝土的结构优势施工速度快、造价经济、平整度高(行车舒适度高)、对路基不均匀沉降的适应性强。
但它自身的缺点是耐水性差(雨季易产生水损坏)、极端温度下稳定性差、高分子材料易老化产生车辙等。
以上这些沥青混凝土到路面层的缺点,单单依靠沥青材料本身是难以减轻或消除的。
只有依靠外部措施来减少这些不利现象的发生,而添加沥青外部添加剂,是解决这些问题目前为止最好的办法。
一、沥青路面车辙破坏的种类1、抗车辙破坏所谓车辙破坏就是因为在高温气候下,沥青面层经过太阳高温暴晒后软化,再由重车开过碾压后造成永久性的结构变形破坏。
车辙破坏也分为三种:1)结构性车辙;2)磨耗磨损型车辙;3)失稳性车辙。
见下图1.1、磨耗磨损型车辙由于车辆反复碾压造成面层沥青的疲劳性破坏,这种破坏只表现在面层的凹陷,但只限于面层深度只限于面层的细石沥青层,沥青基层的整体结构层不发生变形及破坏。
1.2、结构性车辙由于重车碾压产生的剪力超过路面各层的抗剪强度,引起沥青面层以下包括路基在内的各结构层的永久性变形。
面层会延路面纵向形成V型的深坑,但基层并没有产生离析现象。
1.3、失稳性车辙由于重车碾压产生的剪力超过路面各层的抗剪强度,引起沥青面层以下包括路基在内的各结构层的永久性变形。
面层会延路面纵向形成V型的深坑,但基层并没有产生离析现象。
二、车辙破坏的形成机理2.1、原材料质量1)沥青的选择上因选用纯度高的沥青,而不能选择质解的再生沥青。
在沥青用量上要严格按照配合比,含量过小影响沥青粘结性,含料过大使得其在高温天气时,面层软化骨料见离析现象。
2)粘结料选用不合格,粘结性差。
PR PLASTS抗车辙剂的沥青路面修筑技术
PR PLASTS的添加
对间歇式拌和设备,由于PR PLASTS是颗粒状,可根据每 锅沥青混合料的重量,事先称好每锅所需添加PR PLASTS 的量,人工或机械直接将其投入拌和锅中,与集料同时加入。 本示范工程每锅料添加PR PLASTS为8kg。
PR PLASTS沥青混合料拌和
为使混合料拌和均匀,应提高拌和温度和延长拌和 时间。
示范工程的检测
检测项目 空隙率 压实度 沥青用量 稳定度 流值 动稳定度 构造深度 摆 值 单位 % % % kN 0.1mm 次/mm mm BPN 测定值 3.3 99.3 5.37 13.4 29.4 6137 0.65 67 规定值 <7% >98% 5.1~5.4 >7.5 20~40 >5000 ≥0.55 ≥45
PR PLASTS添加剂的特性
外观为深蓝色颗粒 可在常温下保存 密度:0.91~0.965g/cm3 熔点:140~150℃ 粒径:4mm 填充成分:<5%
PR PLASTS添加剂的作用机理
胶结作用 通过部分聚合物的溶解形成胶结作 用,从而达到降低渗透性、提高环 球法软化温度和降低热敏感性等效 果 加筋作用 通过聚合物中塑料纤维在级配骨架 内部搭桥而形成 嵌挤作用 施工时微粒临时得到软化,然后这 些颗粒在碾压过程中热成型,从而 填充沥青混合料中的空隙 嵌挤作用
结 论
掺加PR PLASTS抗车辙剂的沥青混合料,其高温稳 定性、低温抗裂性和水稳定性均得到了改善,具有 SBS改性沥青混合料的优点,其动稳定度比SBS改 性沥青提高27.56%。 采用PR PLASTS沥青混合料比SBS改性沥青混合料, 其成本弱有节省。 PR PLASTS抗车辙剂适合铺筑在大交通量、重载较 多的路段以及夏季气温较高地区的高速公路。
沥青路面病害类型和防治措施-车辙、低温开裂
沥青路面病害的危害
车辙
车辙是指车辆行驶过程中在路面上留下的印痕,通常表现为 纵向或横向的凹槽。车辙不仅影响路面的平整度和美观度, 还会导致雨天路面积水,增加交通事故的风险。
低温开裂
沥青路面在低温环境下可能会出现开裂现象,通常是由于材 料收缩、温度变化等因素引起的。低温开裂会导致路面的防 水性能下降,加速路面的损坏,同时也给行人和车辆带来安 全隐患。
02
沥青路面病害类型
车辙
01
02
03
原因
车辆负载过大、高温环境 、沥青混合料抗变形能力 不足等。
表现
路面出现横向的凹槽,严 重时可能形成陡峭的斜坡 。
影响
影响行车安全,降低道路 使用寿命。
低温开裂
原因
低温环境下,沥青混合料 的抗拉强度不足,加上内 部应力作用导致开裂。
表现
路面出现纵向或网状裂纹 。
防治措施:针对低温开 裂的防治,可以采取以 下措施
选择温度敏感性较低的 沥青材料,提高沥青混 合料的低温抗裂性能。
加强路面的排水设计, 避免水分渗透到路基中 ,降低路基的强度和稳 定性。
对沥青路面进行预处理 ,如对裂缝进行填补、 对龟裂进行修补等,以 增强路面的防裂性能。
05
结论与展望
沥青路面病害防治的重要性和紧迫性
影响
加速路面的损坏,降低道 路使用寿命。
03
沥青路面病害防治措施
车辙的防治措施
01
02
03
04
减轻交通压力
通过优化道路交通布局,减少 道路交通压力,降低车辙发生
的风险。
RS2000沥青路面抗车辙技术
20 年 1 07 0月
石 油 沥 青
P T L UM P LT E RO E AS HA
第 2 卷第 5期 1
・
简报 ・
R 2 0 青 路 面抗 车 辙 技术 S 0 0沥
喇 全 会
张 家 口市 公 路 养 护 处 ( 家 口 张 050) 7 00
z ≤ g +C _ f口 () 1
剂 ,可大 大改 善和提 高沥 青与 石料 的裹 附性 、粘 结 力 和 内摩 阻 力 ,达 到提 高沥 青混合 料 的抗剪 切 强度。 同时 采用 适宜 的级 配和优 化 面层 的结构 , 可 以提 高沥 青混合 料 的高温 抗变形 能 力 ,进 而提 高
摘要
通 过 对 车辙 形成 机 理 以 及 影 响 沥 青路 面车 辙 产 生 因素 的分 析 , 沥 青材 料 的选 用 、 从
沥 青 混 合 料 级 配的 优 化 、结 构 层 的合 理 设 计 等 方 面提 出 了 RS 0 0沥青 路 面抗 车 辙 技 术 。 20 关键词 R 20 沥青路 面 S 00 抗 车辙
收 稿 日期 :2 0— 80 。 0 70 —8
脱 空或撕 裂 。因此 ,提 高路 面使 用寿 命不 仅需 要 改 善路 面抗剪 强度 ( 车辙 能 力 ) 而 且 也要提 高 抗 ,
路 面的抗 拉强 度 ( 抗裂性 能 ) 。
作者简介 : 喇全会 , , 男 高级工程师 。 9 年北方交大 函授道 1 6 9
式 中 :z —— 某 点 所产 生 的最大 剪切 力 ; .
— —
在 同一剪切 面 上 的正应 力 ;
C 一 材 料 粘结 力 ;
— —
沥 青改性 效果 的主 要指标 在 于改性 剂与 基质 沥 青 的相 容性 ,即改性 剂 以微 细 的颗粒 与基 质沥 青发 生反 应或 均匀 、 定地分 散在 基质沥 青 中 , 稳 而 不发 生分 层 、凝聚或 离 析等 。改性 剂与 基质 沥青
高速公路沥青路面车辙防治措施
辙 性 能 的 混 合料 。 23 加 强 中面 层抗 车 辙 性 能 . 研 究表 明 , 高温季节 时 , 沥青 面层 中最高 温度位 于顶 面下 9 m左右 , c 最大车辙发生在顶面以下 5c 一 0 m处 。而我国高 m 1 c 速公 路建设 中一般只重视上面的抗车辙性能 ,只在上面层使用 改性沥青 , 致使 中下沥青面层变形成为车辙发生的主要原因。这
文 章 编 号 :10 — 162 0)7 0 4 — 2 0 0 8 3 ( 82 — 04 0 0
入后不易出来 , 造成水损害极为严重。因此 , 后来 的设计 中, 三层 沥青面层均采用 I 型沥青混凝土 。I 型沥青混凝土级配属于悬浮 密实结构 , 其特点是沥青用量较高 , 隙率 较小 , 空 施工 中有 时达 到2 4 。 %~ % 因此高温情况下 自由沥青膨胀 之后无 处去 , 内摩阻 力小 , 就会加剧高温形变 , 使路面抗高温车辙性能变差 。因此 , 在 目前的高温 、 大交通量条件下 , 车辙问题就变得很突出。 在沥青路面结构组合设计 时 , 可采用了沥青稳定碎石基层 + 半刚性基层组成的混合式基层 , 沥青层厚度 由原来 的 1 5c m增加 至 1 m~2 8c 2 m,有效地降低 了半 刚性基层 的疲劳应力水平和 c 其层问的剪切应力 , 从而提高 了沥青路 面整体抗 车辙能力。
加 载 速 率对 车辙 的形 成 具 有 显 著 的影 响 , 速 越 慢 , 于 同 车 对 点 的荷载作用时间就越 长 ,对 于处于粘 弹性状 态的沥青混合 料 的蠕变变形 , 也就越大。长大上下 坡路 段f 因减速或制动) 的车 辙往往要 比平缓路段严重 的多。因此 , 对于重车较多 , 坡度 较陡 的路段 , 沥青混合料要进行特殊设计 , 采用 比正常路段更高抗 车
城市道路沥青路面抗车辙措施及结构层设计
城市道路沥青路面抗车辙措施及结构层设计1.;2. 天津市市政工程设计研究院郑州分院,450000)摘要:城市主干路车流量大,道路主要参与者为小客车大型公交车,城市道路在交叉口范围内需要渠化设计,在交叉口处需要减速行驶,容易在在交叉口范围、公交停靠站、公交车道等位置处出现失稳型车辙及磨耗型车辙。
城市主干路往往是人民生产生活的重要道路,一旦出现相关病害,除了影响车辆行驶的舒适性,养护时时常需要封闭交通,从而造成市民生活不便,,同时造成经济损失。
为减少相关病害的发生,应采取相关措施提高沥青路面抗车辙的性能。
关键词:城市道路、沥青路面、车辙、结构层设计1.城市道路的等级与城市道路交通的主要参与者城市道路按照道路在城市路网中的地位、交通功能以及对沿线的服务功能等要素分为快速路、主干路、次干路和支路四个等级。
不同等级的道路在城市路网中的作用也不一样。
快速路、主干路连接城市各分区的干路,以交通功能为主,次干路承担主干路与各分区间的交通集散作用,兼有服务功能。
支路与街坊路(小区路)的连接线,以服务功能为主。
由于城市道路禁货的原因,城市快速路交通参与者主要为大量的小客车和少量小型载货汽车,主干路交通参与者是大量的小客车和公交车同时兼有少量小型载货汽车,对于次干路与支路而言,参与值是小客车与少量的公交车。
2.城市道路沥青路面病害类型通过对某城市主干路路面病害调查发现,城市道路沥青路面病害的主要类型包括:车辙、市政管线井盖位置处路面沉降、坑槽、松散、裂缝等。
尤其是车辙病害相对严重,车辙病害主要发生在城市道路交叉口渠化交通位置、公交车停靠站位置等,且相关位置处车辙病害往往相对比较严重,长期的重复荷载造成的车辙病害逐渐发展,造成沥青路面的网状破坏,甚至结构失稳。
车辙病害主要是路面沥青混合料被压密和剪切变形导致。
车辙是沥青路面在汽车荷载作用下产生竖直方向上永久变形的积累,尤其在高温季节渠化交通情况下更容易出现车辙病害。
车辙病害的类型有四种情况:失稳型车辙、结构型车辙、磨耗型车辙、压密型车辙。
天然岩沥青改性沥青路面抗车辙性能分析
摘要:最近十几年来,随着我国经济建设和道路交通的不断发展,同时也由于人民生活水平的不断提高,私家车的数量越来越多。因此,车流量和车密度,超载问题的不断上升在很大程度上对于路面的质量提出了新的考验和挑战。所以为了不让路面上出现明显的车辙以妨碍交通的速度,同时也是为了延长交通道路的使用寿命。本文将从沥青路面车辙形成的原因,天然岩沥青如何对沥青路面进行改进,以及改进之后的抗车辙性能分析结果进行简要的阐述。
(一)动稳定度分析
动稳定度是研究车辙变形以及变形程度的一个很重要的指标,它的概念是沥青混合料在高温条件下:一般是具有代表性的60℃混合料,在所承受的标准载膜的压力下行驶多少次数从而产生1mm的变形。
(二)马歇尔模数
马歇尔模数是指稳定度与流值的比值,公式为:T=MS/FL。模数大说明变形度较小,同时还可以抵抗也间接反映了沥青混合料的抗车辙能力。在我国的沥青路面设计规范(JTGD50-2006)和沥青路面施工及验收规范(GB5009296)对稳定度和流值有明确的规定,一般就是在规定范围内就可以。
参考文献
[1]张朝旭.路宝牌高模量沥青混凝土外掺剂研究与性能分析。北方交通,2008(4):1-4.
[2]陈忠达,袁万杰,薛航,等.沥青混合料高温性能评价指标[J].长安大学学报:自然科学版,2006,26(5)1-4.
[3]郭俊霞,《科技与创新》,2016.2月,2016.2.091.
(2)粗集料和矿粉用量少导致棱角性差
沥青混合料中的粗集料过少或者是矿粉用量过少,前者使得矿质混合料形不成一定骨架;后者使得沥青不能够形成充足的胶结料。在这样特殊物质用料过少的混合料中,沥青砂浆才是车辆重量的主要承担者。那么在高温条件下,如前所述承受变形的能力立马下降,形成车辙。
道路沥青路面车辙因素及防范策略
在施工前,需要对旧路面进行详细的调查和评估,确定合适的再生方案。施工过程中,需 严格控制再生料的拌和质量、压实度等关键参数,确保再生路面的质量和使用寿命。
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行车速度
高速行驶的车辆会对路面产生更大的动荷载,加速路面的车辙变形。
材料因素
沥青性质:沥青的粘度、弹性恢复能力 等性质直接影响沥青混合料的抗车辙性 能。选用粘度适中、弹性恢复能力强的
沥青有助于降低车辙变形的风险。
集料性质:集料的粒径、形状、表面纹 理等会影响沥青混合料的稳定性和抗剪 强度,进而影响路面的抗车辙性能。合 理选用优质集料有助于提高路面的抗车
路面养护和维修
定期对路面进行养护和维修,及 时处理路面损坏,防止水分侵入 和荷载作用下车辙的进一步发展
。
CHAPTER 04
新型技术与方法在车辙防范 中的应用
橡胶沥青混合料的应用
优点
橡胶沥青混合料具有较高的弹性恢复能力和抗变形能沥青混合料适用于高交通量、重载交通的道路段落,特别是在 气候炎热、车辙问题严重的地区。
施工注意事项
在施工过程中,需要控制橡胶沥青混合料的温度、压实度等关键参 数,以确保其性能的有效发挥。
纤维加强沥青混合料的应用
1 2
优点
纤维加强沥青混合料通过添加纤维增强材料,提 高了沥青混合料的抗裂性、抗疲劳性和抗车辙性 能。
应用范围
纤维加强沥青混合料适用于各种交通等级的道路 ,特别适用于预防性养护和薄层加铺等工程。
道路沥青路面车辙因 素及防范策略
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目录
• 道路沥青路面车辙现象概述 • 车辙产生的主要因素分析 • 车辙的防范策略 • 新型技术与方法在车辙防范中的应用
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得分:_______研究生课程论文2014~2015学年 第2学期二〇一五年五月抗车辙新型沥青路面摘要:我国高速公路沥青路面早期破坏现象严重,其中高温车辙破坏是一个重要的原因。
我国从混合料的级配设计方法、改性沥青方法和外掺剂方法三个方面入手研发抗车辙沥青路面,其施工需要注意拌合、运输、摊铺、碾压等关键技术。
关键词:抗车辙;沥青;混合料的级配设计;改性沥青;外掺剂。
0 引言高速公路沥青路面早期破损问题,己成为影响我国公路健康发展的突出问题,主要表现在三个方面:(1)损坏时间早。
有的建成使用后1-2年,就出现严重的损坏现象,个别路段通车当年就出现大面积损坏,远远达不到设计寿命。
(2)损坏范围宽。
全国各地都不同程度地存在着路面过早损坏问题。
(3)损坏程度重。
有的损坏不是局限在沥青表面层,而是基层也发生损坏,不得不进行路面重建。
在沥青路面的早期损坏中尤其以高温车辙破坏最为突日。
1 车辙的形成车辙是行车道轮迹带上产生的永久变形,由轮迹的凹陷及两侧的隆起组成。
根据车辙的不同形成过程,可将车辙分成三大类型:失稳型车辙,是指当沥青混合料的高温稳定性不足时,沥青路面结构层在车轮荷载作用下,其内部材料因流动而产生横向位移,通常发生在轮迹处,这也是车辙的主要类型;结构型车辙,指沥青路面结构在交通荷载作用下产生的整体永久变形。
这种变形主要是由于路基变形传递到路面层而产生的;磨耗型车辙,为沥青路面结构层的材料在车轮磨耗和自然环境因素作用下不断地损失而形成的车辙。
汽车使用了防滑链和突钉轮胎后,这种车辙更易发生。
以上三种车辙中以失稳型车辙最为严重,其次为磨耗型车辙。
由于我国大多数沥青路面都采用水泥或石灰粉煤灰稳定粒料做基层,也常采用其他半刚性材料做底基层,这些材料的强度和模量都相当高,因此,沥青路面的车辙主要来源于沥青面层所产生的变形。
结构型车辙较小,故一般情况下所指的车辙是失稳型车辙。
2 车辙的危害车辙的出现,严重影响了路面的使用寿命和服务质量,给路面及路面使用者带来了许多危害:影响路面的平整度,降低了行车舒适性;轮迹处沥青层厚度减薄,削弱了沥青及路面结构的整体强度,从而易于诱发各种病害,如网裂和水损坏等;雨天路表排水不畅,降低了路面的抗滑能力,甚至于会由于车辙积水而导致车辆漂滑,冬天车辙内存水凝结成冰,路面抗滑能力下降,影响高速行车的安全;车辆在超车或更换方向时失控,影响车辆操纵的稳定性。
3 抗车辙沥青路面研究方向为了能有效地防治高速公路沥青路面的车辙病害,提出了三种常用防治车辙的技术:(1)混合料的级配设计方法;(2)改性沥青方法;(3)外掺剂方法。
3.1 混合料的级配设计方法由于在高温条件下混合料的抗剪强度不足或塑性变形过大,路面就会形成车辙,而混合料的抗剪强度与矿料在沥青混合料中的排列情况关系非常密切,影响混合料的抗剪强度的因素主要是矿料的粒径大小、形状和表面粗糙程度等,这是由于经过碾压后的混合料颗粒间相互位置的性能及颗粒间有效接触面积的大小主要是取决于矿料的形状和粗糙度。
另外改变粒径的大小就会影响混合料级配,而影响混合料高温性能的至关重要因素就是级配类型,因此选择合理的级配类型将有利于防止路面形成车辙。
一般情况下,选择矿料必须具有以下几个特点:①棱角多;②各方向尺寸相差不大;③形状近似正方体;④带细微凸出的粗糙表面。
这样的集料经过碾压后才能互相嵌挤锁结形成很大的内摩擦角,从而使混合料的嵌挤力增强,抗车辙性能越高。
但是改善混合料级配的方法有利有弊,虽然提高了沥青混合料的高温稳定性,却对施工工艺提出了更高的要求,而且混合料在拌和过程中容易离析,从而使混合料的低温稳定性以及水稳定性都降低了。
因此,在路面施工过程中要优先采用S型紧密嵌挤型级配或SMA间断级配,如表3.1。
表3.1 级配类型表S型紧密嵌挤型级配减少了最粗部分和最细部分粗、细集料的用量,增加了中粗集料的用量,使集料的嵌挤能力增加,从而有效地提高抗车辙能力。
SMA间断级配粗集料的比例达到80%混合料的嵌挤作用是其他混合料无法比拟的,在国内得到广泛的应用。
在颗粒结构组成上,S型紧密嵌挤型级配介于骨架密实结构与悬浮密实结构之间,当中粗集料接近间断时,级配与SMA间断级配相似,改善了混合料级配的连续性,在施工过程中对抑制混合料的离析现象起到一定程度上的有利作用,还降低了混合料对纤维的依赖性。
3.2 改性沥青方法沥青作为混合料的粘结剂,影响着沥青混合料抗车辙性能,主要反映在其性质和粘度上。
为了使沥青路面的高温稳定性增强并且延长其使用寿命,就要使沥青材料的技术性质方面产生变化,比如改善沥青的流变性能、提高沥青与集料的粘附性、延长沥青的耐久性,这需要对沥青进行改性。
改性沥青是指按照一定的工艺在基质沥青中添加改性剂,使沥青的技术性能产生变化,以达到改变混合料技术性能的目的。
常用的沥青改性剂通常分为三类,如表3.2所示。
由表3.2可以看出,沥青改性剂的种类较多,从大量试验来看SBS改性沥青适用范围广,抗裂效果好等优点如图3.1所示。
表3.2 沥青改性剂分类橡胶类丁苯橡胶(SBR)氯丁橡胶(CR)天然橡胶(NR)再生橡胶废旧橡胶主要对沥青的低温性能起到改善作用,使其低温抗裂性提高,在寒冷地区适用。
热塑性橡胶类苯乙烯丁二烯乙烯段共聚物(SBS)苯乙烯异戊二烯苯乙烯共聚物(SIS)苯乙烯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物(CSEBS)SBS广泛应用,除了提高沥青的高、低性能,增强与集料之间的粘附性,还具有良好的弹性。
热塑性树脂类乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)聚乙烯(PE)无规聚丙烯(APP)聚氯乙锻(PVC)主要使沥青的高温稳定性提高,但与集料的粘附性不好。
EVA,PE研究相对较多。
降低沥青感温性提高永久变形能力图3.1 SBS改良沥青优点虽然SBS改性沥青对混合料的路用性能起到了一定的改善作用,但是若采用SBS改性沥青,还需要克服几个问题:(1)SBS改性沥青制作设备需要特殊处理、独一无二的,且改性剂和基质沥青的相溶性仍然是比较棘手的一大问题;(2)在很高的温度条件下才能制备改性沥青,若是操作不当就很容易使沥青老化,对其使用性能产生影响;(3)改性沥青的储存需要专用设备,不宜长时间储存,而且需要不断进行搅拌;(4)在运输过程中,因行车颠簸等原因可能会出现离析现象;(5)采用SBS改性沥青将会使工程造价大幅度增加。
由此可以看出,采用改性沥青虽然提高抗车辙能力,但是仍然需要把存在的问题解决掉,才能很好的利用SBS改性沥青的优势。
3.3 外掺加剂法目前常常采用一种在沥青混合料中添加外掺加剂的方式来达到改善其性能的目的,其中抗车辙剂就是一种外掺加剂。
美国在20世纪90年代末就着手研发适用于沥青混合料改性的专用外掺剂,欧洲许多公司在借鉴美国的成功经验的基础上,成功地开发研制了沥青混合料专用外掺改性剂的产品,主要有壳牌SEAM、德国的DUROFLEX、法国的PR等等。
我国交通部公路科学研究院的RA车辙剂的诞生,即以天然沥青和多种高分子化合物聚合而成,开启了外掺剂的国内研发与应用的先河,随后广东银禧科技股份有限公司的筑路王RK300,深圳海川公司与欧洲道路试验室合作共同开发的车辙王抗车辙剂等应运而生。
外掺的抗车辙剂与混合料级配设计方法和改性沥青方法相比解决车辙的问题,在改善沥青路面车辙方面,抗车辙剂存在以下优势,如表3.3所示。
表3.3 抗车辙剂优势优势备注功能强大掺入抗车辙剂,能显著增强混合料高、低温性能、水稳定性等,其中,对高温抗车辙能力的改善作用尤为明显。
耐久性强添加抗车辙剂后,与集料和沥青粘结在一起,使集料表面的油膜厚度增大,增加混合料的整体强度,从而使混合料耐久性能整体提高。
环保性好加工和生产抗车辙剂的过程中不生成任何有害气体,不要求存储条件,可以长时间储存。
拌和方便,施工简单不需添加任何设备;不存在相容性离析、等问题;直接添加即可,方便快捷;需延长拌和时间和提高施工温度。
经济性好初期投资稍大,但可以减少道路养护维修,延长道路使用寿命,从总投资费用来看,比普通沥青路面或常规改性沥青路面还要节省。
4 车辙防止措施对比通过对车辙防治方法的分析,结合国内外研究成果,得到最常用的车辙防治对策是改善混合料级配技术、采用改性沥青技术和外掺抗车辙剂三种技术,如表4.1所示。
表4.1 车辙防治措施对比经济性初期投资小,维护费用高增加工程造价,维护费用减少前期投资大,维护费用大大减少施工便利度拌合过程中混合料容易离析需要专用设备、施工温度高、储存时间短拌合时间长、施工温度较高改善效果提高了高温稳定性,降低了低温稳定性及水稳性提高了高温稳定性及低温稳定性提高了高温稳定性、低温稳定性及水稳性表4.1从经济性、施工便利度和改善效果三个方面对比了三种车辙防治方法的优劣。
改善沥青混合料级配设计技术的经济性很好,投资比较小,但是在拌和的过程中,混合料容易离析,虽然提高了混合料高温稳定性,同时也降低了其低温稳定性及水稳定性,而且在后期道路维护中需要投入更多资金;采用改性沥青技术对混合料的高温稳定性和低温稳定性有所改善、,减缓了路面车辙形成的速度,延长了路面的使用寿命,但是改性沥青的制备需要特殊处理、温度很高,而且不易长时间储存,增加了工程造价;与前两种方法相比,外掺抗车辙剂技术的适用性比较广,虽然前期投资较大,但掺加抗车辙剂后沥青混合料的高温稳定性能显著提高,而且低温稳定性以及水稳定性也相应提高了,大大延长了道路的使用寿命,减少了道路的维护、维修费用,从长远来看,其总投资比较小,只是在拌和时需要适当延长拌和时间及提高施工温度。
5 抗车辙路面施工关键技术抗车辙路面施工有以下几个关键技术:(1)拌合关键技术;(2)运输关键技术;(3)摊铺关键技术;(4)碾压关键技术。
5.1 拌合关键技术沥青混合料需要采用拌和机械在沥青拌和站进行拌制,拌和机械有两种:一个是间歇式拌和机,另一个是连续式拌和机。
高速公路和一级公路均采用间歇式拌和机拌制的沥青混凝土铺筑路面,因为间歇式拌和机可以保证沥青混合料的质量更加稳定以及沥青用量更加准确。
在拌和站内需要分开储存各种集料,存放细集料的地方必须设防雨棚,料场内应该具有完备的排水设施,道路应作硬化处理,且严禁泥土污染集料;为了保证混合料降低的温度不超过要求,而且不致因车辆颠簸使混合料产生离析,混合料的运输距离必须充分考虑到交通堵塞的可能。
沥青混合料应根据实际的情况通过试拌再确定拌和时间,且要以沥青均匀裹覆集料表面为度,铺筑试验路需要加入车辙王抗车辙剂,其关键技术如表5.1所示。
表5.1 拌和关键技术拌合技术要求集料加热温度180℃-190℃沥青加热温度160℃-170℃混合料出厂温度180℃-185℃干拌时间干拌时间需要在原来的基础上增加8-10s生产周期≥55s车辙剂添加时间在集料进入拌和锅的同时添加车辙剂5.2 运输关键技术热拌沥青混合料的运输应该采用大吨位的运料车,但是不能超载运输或急刹车、急弯掉头,以避免对道路透层、封层造成损伤。