基于车辙位置处芯样的沥青混合料性能变化规律试验研究

郭 芳

(湖南交通职业技术学院，湖南 长沙 410132)

0 引言

近年来，交通的渠化、车辆的重载化现象越来越普遍，加之全球气候变暖，夏季高温期延长，尤其是在南方高温地区，沥青路面早期车辙损害现象日趋严重［1－3］。有针对性地分析沥青路面车辙病害的成因，采取措施提高沥青路面的抗车辙能力，有利于延长沥青路面使用寿命，提高公路的服务水平［4，5］。为此，结合广西交通科技计划项目，对广西的各条高速公路进行了车辙病害调查检测，并在平钟高速公路车辙位置通过现场钻取芯样的方法，对车辙凹陷和隆起的位置进行了厚度、油石比和级配等性能试验，有利于深层次地掌握沥青路面车辙的成因，进而采取有针对性的维修处治对策。

1 工程概况

广西平钟高速公路全长87.865 km，2006 年12月28 日建成通车，分主线和贺州支线两部分。平钟高速公路沿线冬短夏长，气候温和，日照充足，雨量充沛，年平均气温19.9 ℃，年均降雨量1 355 ～1 865 mm 之间，无霜期长达310 d 以上。平钟高速公路主线代表性路面结构如图1。

图1 平钟高速公路沥青路面结构

2 车辙调查与统计

对平钟高速公路全线沥青路面(双幅)主车道进行了车辙的快速检测，典型车辙病害照片如图2。

图2 平钟高速公路典型车辙病害

其中出现车辙路段的汇总情况见表1。

表1 平钟高速公路车辙路段汇总表

3 基于车辙位置处芯样的性能对比试验研究

为研究车辙位置沥青混合料相关性能的变化规律，对平钟高速公路车辙凹陷位置及隆起位置进行钻芯取样，其中芯样1 位于路肩处，以路肩位置芯样的试验数据作为基准点，芯样2 ～6 分别代表:车辙内侧隆起处、内侧凹陷处、轮胎间隙隆起处、外侧凹陷处和外侧隆起处［6，7］，芯样编号示意如图3 所示。

图3 芯样编号示意图

3.1 厚度

3.1.1 上面层厚度分析

测量各芯样上面层厚度，如表2 所示。车辙处上面层不同位置芯样厚度与1 号芯样厚度比值如图4 所示。

从表2 和图4 的数据可知，对于上面层，内侧隆起位置(芯样2)与外侧隆起位置(芯样6)的厚度均大于路肩位置芯样厚度，说明上面层车辙位置的隆起处有沥青混合料的迁入，厚度增加。

表2 上面层芯样厚度

图4 车辙处上面层不同位置芯样厚度与1 号芯样厚度比值

3.1.2 中面层厚度分析

为便于分析，假设储罐内LNG经BOG换热后完全变为饱和态LNG，分析所需要的LNG过冷度。其中，LNG储罐内压力为0.3 MPa，对应饱和温度为-146.6℃。

测量各芯样中面层厚度，如表3 所示，车辙处中面层不同位置芯样厚度与1 号芯样厚度比值如图5所示。

表3 芯样中面层厚度

图5 车辙处中面层不同位置芯样厚度与1 号芯样厚度比值

从表3 和图5 的数据可知，对于中面层，所有芯样的厚度均小于路肩位置芯样厚度，说明这一层次是以剪切流动和压密变形为主，所以厚度减薄。

3.1.3 下面层厚度分析

测量各芯样下面层厚度，如表4 所示，车辙处下面层不同位置芯样厚度与1 号芯样厚度比值如图6所示。

从表4 和图6 的数据可知，对于下面层，所有芯样的厚度也都小于路肩位置芯样厚度，说明下面层主要以剪切流动和压密变形为主，厚度减薄，总体变化较小。

表4 芯样下面层厚度

图6 车辙处下面层不同位置芯样厚度与1 号芯样厚度比值

3.2 油石比

在车辙病害的形成过程中，集料与结合料不断发生迁移，车辙位置的油石比也会发生变化［8］。为了观察沥青混合料迁移的情况，对芯样进行了抽提筛分试验，分别测定了上面层、中面层及下面层的油石比，各位置与芯样1 的油石比比值如图7 所示。

图7 沥青面层车辙处不同位置芯样油石比与芯样1 的比值

由图7 可知，上面层油石比有着明显规律性，变化呈“W”型，且隆起位置的油石比大于凹陷位置，凹陷位置的沥青向隆起位置流动。中面层的油石比与上面层一样呈“W”型曲线，但变化没有上面层明显。对于下面层来说，油石比没有类似上、中面层的变化规律，说明下面层沥青混合料油石比的变化比较小。

从3 层的油石比试验数据来看，沥青路面上面层变化最大，中面层次之，下面层最小，说明车辆荷载对上面层油石比影响最大，对下面层油石比影响最小。随着油石比过大，沥青混合料自由沥青数量增多，对高温性能起决定性作用矿料之间的嵌挤力会大大削弱，这时沥青混合料容易产生流动变形，形成车辙现象。所以，沥青路面的施工应严格控制沥青混合料的油石比。

3.3 级配变化规律

上面层不同位置处芯样的各筛孔通过百分率的变化规律，如图8 所示。

图8 车辙处上面层不同位置芯样筛孔通过百分率变化曲线图

从图8 可知，上面层不同位置芯样的级配呈现明显的规律:隆起位置沥青混合料偏细，凹陷位置偏粗。由于凹陷位置较细的部分迁移到了隆起位置，迁入细料的隆起位置的沥青混合料细集料增多，因此级配偏细;凹陷位置因细集料缺失，级配相对偏粗。

3.3.2 中面层

中面层不同位置处芯样的各筛孔通过百分率的变化规律，如图9 所示。

图9 不同位置处芯样中面层各筛孔通过百分率变化曲线图

从图9 可知，中面层不同位置芯样的级配变化规律与上面层类似，但其级配变化没有上面层级配变化规律显著。

3.3.3 下面层

下面层不同位置处芯样的各筛孔通过百分率的变化规律，如图10 所示。

从图10 可看出，下面层的级配变化规律与上、中面层不同，凹陷和隆起变形对下面层没有显著的影响。

图10 不同位置处芯样下面层各筛孔通过百分率变化曲线图

在车辆荷载的作用初期，随着细集料的流失，荷载作用位置级配变粗，形成的粗骨架对沥青混合料的抗车辙能力有利。随着荷载的持续作用，细集料进一步流失，粗集料发生移动，将出现较明显车辙，且威胁到行车安全。因此，应设计良好的级配来提高沥青路面的抗车辙性能。

4 结论

1)车辙处不同芯样厚度显示，上面层变形最大，而中、下面层以压密变形为主，厚度减薄。

2)车辙处不同位置的芯样油石比上面层变化最大，中面层次之，下面层最小。车辆荷载对上面层油石比影响最大，对下面层油石比影响最小。沥青用量过大易产生流动变形并形成车辙现象。因此，沥青路面的施工应严格控制沥青混合料的油石比。

3)车辆荷载作用初期，荷载作用处级配变粗，形成的粗骨架对沥青混合料的抗车辙能力有利，但随着荷载的持续作用，细集料进一步流失，粗集料发生移动，将出现较明显车辙，并威胁到行车安全。因此，设计良好的级配是提高沥青路面抗车辙性能的基础。

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