抗车辙新型沥青路面Word版

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