长大纵坡沥青路面车辙的流变机理分析.pdf

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1、应用研究长大纵坡沥青路面车辙的流变机理分析刘东升（广东潮惠高速公路有限公司，广东广州510100）摘要：车辙是长大纵坡沥青路面的首要病害，沥青路面在高温和渠化交通的重复作用下产生车辙。论文从沥青混合料的流变特性出发，基于粘弹性和时温等效原理理论，分析了长大纵坡沥青路面车辙产生的流变机理；分析了荷载水平对长大纵坡沥青路面剪应力的影响，进一步得出重载、超载恶化路面受力状况加剧车辙产生的结论；提出并对比推荐了相应的抗车辙技术措施。关键词：沥青路面；长大纵坡；车辙；流变特性中图分类号：U416.217文献标识码：A文章编号：16743024（2015）04―171―02近年来，山岭

2、重丘区的高等级公路建设项目越来越多，由于地形条件受限，长大纵坡路段较多。较平原区而言，汽车在长大纵坡沥青路面上爬坡行驶，路面不仅承受着更大的剪应力作用，车速降低也使其作用在路面上的时间大幅增加，导致车辙病害的严重产生。目前，车辙俨然已成为山岭区特别是长大纵坡处沥青路面的首要病害。针对长大纵坡沥青路面车辙，国内外在车辙的防治技术方面多有研究，如优化材料级配、优化结构层组合、采用改性技术等。极少从沥青混合料自身的材料特性出发，研究长（b）粘弹性大纵坡沥青路面车辙产生的根本原因，从而使车辙的防治图1沥青混合料的材料特性更具有针对性。1.2沥青混合料的粘弹性论文分析了长大纵坡沥青路

3、面的力学特性，从沥青混合料的流变特性出发，基于粘弹性和时温等效原理理论，分析流动与变形是流变学原理研究的主要内容，高温条件下的沥青路面在车轮荷载的反复作用下，永久变形随着时间的了长大纵坡路段沥青路面车辙产生的流变机理，并提出了相不断积累，最终导致车辙的产生。沥青混合料的流变特性是应的抗车辙措施。进一步认识沥青混合料的力学行为，分析长大纵坡沥青路面1沥青混合料的流变特性车辙行为的基础理论。沥青混合料在通常工作条件下的流变特性表现为粘弹性，一般具有以下两个基本特征：其力学特1.1沥青混合料的颗粒性性依赖于激励时间(如应变速率v)和实验温度(T)；具有特别颗粒性材料普遍具有以下3

4、个特点：①材料由颗粒组明显的蠕变与松弛现象。成；②颗粒自身强度远大于其联结强度；③在外荷载作用沥青混合料的变形特性对时间和温度具有依赖性（图下，颗粒之间发生错位与移动。材料的力学特性方面，表1b），具体表现在：试验温度恒定，加载条件不同，达到相现为其抗压强度远大于其抗拉强度，材料的各力学参数与同的应变水平时，其响应表现为应力水平随加载速率的增加其压实度(K)和三轴实验中的围压(σ3)密切相关（如图或加载时间的缩短而增大。当加载速率一定时，给定不同的1a）。沥青混合料颗粒之间的骨架空隙被沥青胶浆不饱和试验温度，则相同时间内达到同样的应变水平时，粘弹性材料相应的应力水平随温度的

5、升高而降低。填充，是一种典型的颗粒性材料，剩余孔隙率使沥青路面1.3时温等效特性存在继续被压实和压密的可能性，颗粒性是车辙产生的根本原因之一。对时间和温度的依赖性是粘弹性材料共有的特点。时温等效原理即观察某种力学响应或力学松弛现象，既可以高温条件下短时间内观察到，也可以在低温条件下较长时间内观察到，两种条件下对应的是同一种分子运动机理。引入参考温度TR和时温转换参数aT，时温等效特性通常采用WLF公式来描述，表达式如下：其中，C1、C2为与温度相关的计算参数，aT可通过试验数据绘出的温等效主曲线获得。2长大纵坡车辙影响因素分析a）颗粒性2.1行车速度的影响调查发现，对于长大

6、纵坡的上坡路段，沥青路面车辙的1712015年第4期建筑建材装饰应用研究深度随着坡度与坡长的增加而增加；在同一坡段上，坡道顶严重，因此，考虑道路长期的运营效益，长大纵坡沥青路面部的车辙深度明显大于坡中；行车道的车辙深度明显大于超表面层和中面层都采用改性技术更为合理。车道。这些现象均可以表明在路面外部自然环境相同时，路表2沥青路面各面层层位功能面材料的力学性能一致时，行车速度对于车辙产生的严重程度起决定性作用。车速的降低使车辆荷载作用于路面的时间层位层位功能增长，车速与作用时间采用下式换算：抵抗磨耗、低温缩裂、车辙、水损害；上面层抗滑、保持表面平整对于高速公路上行驶的重载车辆

7、，取h=0.15m，不同行中面层抗车辙车速度下车辆对路面作用时间如表1所示，可以看出随着车下面层抗疲劳、抗车辙速的降低，车辆荷载对路面的作用时间大幅增加，当车速降优化材料级配可以一定程度上减缓车辙的产生。目前，为30Km/h，其作用时间大约为V=90Km/h时作用时间的3国内外关于沥青混合料的强度理论仍采用摩尔-库仑理论，倍。即混合料强度是由内摩阻角和粘聚力决定的。车辙主要在夏季高温时段产生，温度越高，沥青混合料粘聚力下降，此时表1不同车速车辆对沥青路面的作用时间混合料强度主要由内摩阻角来提供，采用骨架密实型沥青混