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一、導讀
瀝青混合料是粘彈性材料,在高溫條件下,其剛度會顯著降低,防治車轍病害的關鍵在于提高高溫條件下瀝青混合料的穩定性;而路面車轍病害的維修則是為了恢復瀝青路面的服役性能。
二、溫度和荷載對瀝青路面車轍的影響
(1)溫度影響
溫度是瀝青路面車轍病害產生的重要影響因素。溫度越高,瀝青面層的勁度模量越低,抗車轍能力越小。瀝青混合料動穩定度和溫度的關系如下:
圖1 瀝青混合料動穩定度和溫度的關系
上圖解釋了為什么瀝青路面車轍病害通常發生在夏季高溫條件下。
(2)荷載影響
荷載是瀝青路面病害的產生另一個重要原因。我國瀝青路面高溫穩定性設計采用的是標準荷載。伴隨著國民經濟的迅速發展,交通量飛速增長,物流運輸行業的需求進一步增加,車主的利益驅使以及因為部分執法機關以罰代管的管理手段致使物流價格偏離市場價格,形成不超載就賠錢,越罰越超,越超越罰的惡性循環。導致超載問題十分突出。
荷載大小對瀝青混合料的動穩定度的影響如下:
圖2 荷載水平對瀝青混合料動穩定度的影響
三、瀝青路面抗車轍性能的研究方法
上一部分提到的動穩定度概念是瀝青混合料動穩定度試驗的試驗指標。那么有哪些手段可以對瀝青混合料的高溫性能進行研究呢?
(1)車轍試驗
我國《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》規定的瀝青混合料高溫穩定性測試方法就是動穩定度試驗,動穩定度試驗儀如下:
圖3 車轍試驗儀構成
圖4 車轍試驗儀的外觀
瀝青路面車轍試驗是試件在規定溫度和荷載作用下,測定試驗輪往返行走所形成的車轍變形速率,以每產生1mm變形行走的次數即動穩定度表示。
(2)小型加速加載試驗
小型加速加載試驗屬于路面加速加載試驗APT (Accelerated Pavement Testing)的一種,具有操作簡便,移動方便,設備低廉,試驗周期短等優點。MMLS3系統包括:荷載模擬器、環境控制箱、表面光度儀、溫度控制箱、濕度控制箱、路面加熱器振動軸和外框架。
圖5 小型加速加載設備
可以通過模擬一定的行車荷載次數,實測瀝青混合料的抗車轍性能。
(3)漢堡車轍試驗
漢堡車轍試驗儀(Hamburg Wheel-tracking Device)是20世紀70年代由德國漢堡市的工程師 Esso A. G.發明的。漢堡車轍儀最初用于評價交通量很大的瀝青路面抗車轍性能,所測試的標準試件的尺寸為260mm×320mm,試件一般由線性搓揉試驗機成型,空隙率控制在(7±1)%。漢堡車轍試驗的試驗結果由車轍深度、蠕變速率、剝落點以及剝落速率組成。
圖6 漢堡車轍儀
(4)車轍預估
通過理論手段,結合室內試驗數據,以粘彈性力學為基礎,對設計瀝青路面進行車轍性能預估,是現在瀝青路面抗車轍性能研究的重要手段和方法。
四、瀝青路面車轍病害的防治要素
為了對瀝青路面車轍病害進行防治,從材料的層面出發主要有如下內容:
(1)瀝青
采用高粘瀝青將有利于提高瀝青混合料的高溫穩定性,提高瀝青路面在高溫和重載條件下的抗車轍性能。
(2)混合料級配
瀝青混合料級配組成的優化,使集料之間形成良好的嵌擠結構,能有效提高瀝青路面的抗車轍性能。
(3)抗車轍劑
抗車轍劑在施工過程中由于高溫的作用而軟化,這些微粒在碾壓過程中熱成型,相當于具有高粘附性的單一粒徑細集料填充嵌擠到了集料骨架中的空隙,增加了瀝青混合料結構的骨架作用,加強了混合料之間的相互作用力,使混合料之間更加緊密,降低了成型路面的滲透性.同時增加了瀝青混合料承受荷載的能力。
五、瀝青路面車轍病害的治理
對于出現車轍的路面,根據道路車轍產生原因,對失穩型車轍(車轍深度一般大于50px)采取挖除,重新攤鋪路面結構層的方法進行,對非失穩型車轍(車轍深度一般小于50px),可采用傳統專項維護措施進行修理(稀漿封層、微表處、超薄磨耗層及同步碎石封層等)。
1.非失穩型車轍的處治
(1)稀漿封層
圖7 稀漿封層施工
稀漿封層是用細粒式的級配石料或砂作骨料,以乳化瀝青為粘結料,加填料和水冷拌后攤鋪(用稀漿封層機)成瀝青表處薄層。稀漿封層的優點是:費用較低、施工快捷、病害預防、修正已有病害、美化路面。缺點是只是外觀性的修補,無法對結構強度進行修復。
(2)微表處
微表處是以中粒式或粗粒式為主要石料,配以改性乳化瀝青及添加劑等混合而成的厚度一般為5mm至10mm厚的薄層瀝青混合料。微表處的優點是施工時間短、開放交通快、無需碾壓、快速提高抗滑性能及路面平整度及其他性能。
圖8 微表處施工
(3)同步碎石封層
同步碎石封層是使用專用設備將一定級配的碎石及粘結材料(改性瀝青或改性乳化瀝青)同步鋪灑在路面上,無需專門安排壓路設備進行后續碾壓,待開放交通后,經通行車輛輪胎碾壓形成單層或多層的瀝青碎石磨耗層。
2、失穩性車轍處治
對于這種車轍損壞,必須通過鉆芯取樣或斷面開挖查明車轍產生的層次、部位并查明原因,對于失穩層的瀝青混合料必須徹底洗刨,如果是山于基層甚至是路基引起的,則需要對基層或路基進行徹底治理,去處病灶后進行重新鋪裝或罩面。瀝青混合料材料的選擇和路面結構厚度與組合設計,要按照前面所提出的瀝青混合料抗車轍臨界溫度法和車轍深度預估方法對車轍進行雙重控制,以確定保所選用的材料和路面結構能夠將車轍控制在容許范圍之內。
失穩型車轍的治理十分復雜,因工程條件不同而異,但治理的原則和方法已經在這里進行了明確的闡述,具體措施還需結合具體工程細化。
六、結語
本文主要對瀝青路面車行車的影響因素、瀝青混合料抗車轍性能的評價方法、瀝青混合料抗車轍性能的防治要素和瀝青路面車轍病害處理方法進行了分析研究。供相關從業人員參考。
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