沥青路面车辙损坏成因分析与防治对策

乐 瑜，江 建

(重庆市市政设计研究院)

1 沥青路面车辙的形成及类型

(1)沥青路面因施工碾压不充分，以及沥青路面在高温下劲度下降迅速，使路面抗剪能力不足，导致矿料在轮载作用下产生滑移与位错，混合料进一步被压实，这是压密过程。

(2)在高温下沥青变软，沥青劲度进一步下降，沥青对网络骨架的约束减小，使得矿质骨架的稳定性下降，从而产生失稳破坏，导致混合料产生重新组合与分布，引起沥青及沥青胶(砂)浆的自由流动，在受载处出现压缩和侧向错位而形成槽辙，这是混合料产生自由流动的过程。

(3)若沥青的软化在矿料间产生滑移作用，细集料相对集中并产生剪切破坏，矿料将在荷载作用下沿矿料接触面处产生滑动和挤压，最终导致骨架作用的丧失和部分骨料的破碎，这是引起矿料的重分布和矿质骨架的破坏过程，这样就使高温变形得以产生，如推移、拥包、搓板和车辙等。

根据车辙的形成原因和过程特点，将沥青路面的车辙分为结构性车辙、流动性车辙、磨耗磨损型车辙、压密型车辙四种类型。在我国，多数沥青路面修筑在半刚性基层上，且施工中对压实度要求较高，基层强度及板体性好、变形小，除了某些基层施工不良的路段外，结构型车辙一般很小，而磨损性车辙在我国几乎是没有的。所以目前所见到的车辙基本上都属于第二种类型，故目前讨论最多的是失稳型车辙，即属于沥青混合料的流动性车辙。

2 产生车辙的主要因素分析

从车辙的形成过程来看，主要是高温下沥青面层因沥青软化而进一步密实，以及沥青变软对矿质骨架的约束作用降低而使得骨架失稳，表明沥青对混合料的高温性能十分重要。当然骨架的稳定性和细集料的多少也会影响车辙形成的进程。在道路的交叉口或变坡路段，此类高温变形更易发生，这主要与较大的水平荷载作用下抗剪强度相对不足有关。影响沥青路面车辙形成及其深度的主要因素有以下几个方面。

(1)沥青混合料。

我国现行的沥青路面设计的主要依据指标是沥青混合料的强度，其取决于混合料的粘结力和内摩擦角，受集料物理化学性质的影响;粘结力又取决于沥青材料的化学结构、胶体结构、物理化学性质、稠度、沥青膜的厚度、沥青矿料比、沥青与矿粉系的分散结构特征以及沥青与矿料的相互作用，增加内摩擦角和矿料等颗粒间的嵌挤作用可以提高沥青混合料的抗剪稳定性。

①材料性质。沥青的粘度和沥青与矿料之间的粘附性是影响沥青混合料高温稳定性的两个因素;沥青粘度越大，沥青与矿料之间的粘附越好，那么混合料的高温稳定性越好，因此要选用粘度大的沥青和非酸性矿料以提高混合料的高温稳定性和强度，以便产生较高的抗车辙能力;沥青改性是一种提高沥青高温稳定性的有效手段，据佐治亚洲的加载车轮检测结果证明，改性沥青混合料同标准混合料相比车辙深度有明显减少。

②矿物集料的表面纹理、料颗粒大小、形状、级配、颗粒相互位置、矿料数量、可以影响混合料的孔隙结构，即孔隙的大小、形状与连通闭合情况、沥青用量状况以及沥青的用量和沥青同集料的互相作用情况，因而可以对车辙的大小表现出不同的影响。采用洁净坚硬的碎石，硬度大、棱角尖锐的砂以及高质量的矿粉对于抵抗永久性变形十分有利。在整个矿料混合料中对沥青温度稳定性影响最大的是矿粉，用石灰岩和冶金矿渣制成的矿粉掺拌的沥青混合料有较高的高温稳定性能。

沥青用量的多少直接影响着混合料中矿粉的骨架、嵌挤作用，对沥青混合料的抗车辙能力有着至关重要的作用。沥青用量过大，游离沥青较多，便削弱了矿料之间对高温稳定性起决定性作用的嵌挤力，从而使混合料易于产生流动变形而形成车辙，沥青用量过低混合料坚硬松散难以压实，也影响沥青路面的抗车辙能力。有关环道试验表明:对于热拌沥青混合料，最大的车辙是与高沥青含量相联系的，并且低沥青含量的混合料抗车辙能力比最佳沥青含量的混合料差。

③矿料级配。为探讨集料级配对车辙大小的影响，有关研究人员将集料分为过细级配组、细级配组和粗级配组三种，环道试验结果表明:热拌沥青混合料在最佳沥青含量、8％空隙率时粗级配有较大的车辙深度，过细级配次之，细级配组车辙深度最小。另有单轴荷载试验资料:在最佳沥青含量时中粒式沥青混合料车辙最小，细粒式次之，粗粒式大于细粒式，沥青碎石车辙最大。可见，单纯增大矿料粒径并不能提高路面抗车辙能力，而良好的级配和最大的密实度因增加了矿料之间的嵌挤力，而提高了混合料的高温抗车辙能力。

④空隙率。在进行沥青混合料配合比设计时，对空隙率的选择一般都是根据当地材料和经验进行的，当取值过高时，提高密实度可增加骨料间的接触压力，从而提高路面的抗车辙能力，相应地沥青和矿粉用量也要增加，从而又削弱其抗车辙能力。当空隙率小于某一临界值后，继续减小空隙率，使得混合料内部没有足够的空隙来吸收材料的流动部分，造成混合料外部的整体变形，由此而形成车辙。大量试验表明:各种级配的混合料在最佳沥青含量时，随空隙率的增大车辙有所增加。

(2)路面结构组成。

沥青路面的抗车辙能力除了受所用材料及其性能影响外，还与路基类型和路面厚度有关。沥青路面厚度与车辙的关系较为复杂，同样的材料在不同的路面结构中会表现出不同的性能，有关室内环道试验表明:当其路基为砂土材料时，面层厚度对车辙影响很大，面层沥青混合料较薄时车辙较深，而且较大部分来自路基的形变;而当面层较厚时，路基基本上不产生车辙。在当路基为刚性或半刚性材料时，车辙的深度随沥青混合料面层厚度的增大而增加，这时的车辙总量90％来自于沥青混合料面层本身，由此认为，当路基和基层强度较高时，采用薄沥青混合料面层可以有效地控制车辙深度，而当路基基层强度较弱时应适当增加面层厚度，但这样构筑的道路，往往由于路面回弹模量与路基回弹模量之间的比值过大，带来不尽合理的结构组合，而且也不够经济。

(3)交通荷载及环境条件。

①渠化交通。由于城市道路交通组织的渠化，导致沥青路面车辙破坏的情况日渐突出，在同一结构、同一条道路上，划分出不同交通形式的两段道路进行试验，结果证明:渠化交通路段的车辙显著增长，混合交通路段车辙增加较慢，其原因是混合交通时荷载作用范围较宽，变形面较大，同一位置的车辙累积较小，而渠化交通同一位置处的车辙累积量大。

②荷载。日本研究人员的试验结果证明:车辆超载加快路面的损坏。在不同的轴载作用下，重轴载作用产生的车辙较轻轴载大得多;道路交叉口和停车点的车辙通常为正常行驶路段的2～5倍。

(4)环境气候条件。

当气温较高时，沥青路面表现为强度降低容易产生车辙，各种试验均表明:路表温度升高车辙增长加快，这是因为沥青粘度的大小反映了沥青抵抗蠕变的能力，当温度升高时沥青粘度变小，其抵抗蠕变的能力下降，在受到外力时很容易产生永久剪切变形导致沥青材料横向流动而产生车辙。

当路面积水或路面结构含水量增加时，沥青和矿料之间的粘结力在潮湿条件下会被削弱或破坏，在行车荷载和水分的联合作用下，这种损坏会明显加剧，从而导致沥青路面产生较大的车辙。

3 解决措施

(1)合理的结构组合设计。面层直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响，因此要有足够的承载力，以承担设计期内累计轴载次数，限定车辙发展深度。合理选用技术参数，各结构层模量不宜相差太大，特别是中间层的级配要合理，表面层最佳油石比可以弥补第二层抗车辙能力。同时，考虑到集料粒径对试件厚度的影响，应根据集料粒径大小选择适宜的沥青层厚度，并预留一定空隙率，开放交通后沥青进一步压密填充。

(2)材料的合理选用。集料强度、形状、表面性状、清洁状态、沥青性能与集料相容性，特别是借鉴Superpave混合料设计的先进理念，注重材料的协同性和料源特性，保证所用材料的高品质。改善矿料级配同时适当增加粗集料用量和控制剩余空隙率，使粗细集料形成骨架密实结构。可适当采用高粘度的沥青。

(3)最优配合比设计。重视级配范围对抗车辙能力的影响，关键是确定适宜的筛孔通过率、孔隙率、油石比。选用温度敏感性低、稠度较高的沥青或改性沥青，同时严格控制沥青的用量。严格准确地控制混合料配合比，设法加足矿粉，严格控制运输车辆为便于卸料，涂抹油料;采用透层油与粘层时也要严格控制用油量。

(4)使用改性添加剂。积极引进并采用新的改性剂如橡胶、树脂、塑料、无机物改性剂、抗车辙剂、纤维等改性混合料添加剂，适当提高粉胶比，提高胶结料粘附性，降低温度敏感性。

(5)严格控制施工质量。从拌料、运输、摊铺、碾压、养护全程监控，对拌和、摊铺、压实温度和混合料密度、孔隙率、均匀性、结构层厚度、平整度等重点把关。充分压实保证压实质量。

特别对于压密型车辙，如果明确是由于压实不足产生，可以在其上加铺罩面进行维修。由于我国采用了评优评分的质量评定制度，工程报告不存在压实度不合格的记录，致使事后检查困难。为减少车辙，首先是施工过程中要加强碾压，使空隙率控制在要求范围内，这是非常重要的。

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