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沥青道路施工主要影响因素综述

文章作者:路新道路工程 文章来源:路新道路工程 类型:行业资讯 日期:2018-08-04 16:46:12 分享:
    沥青混凝土具有良好的路用性能,广泛应用于高等级公路路面。但由于交通量的增大、轮压的增加、渠化交通程度的提高等因素的影响,加之自然环境的长期作用,车辙现象成为沥青混合料铺面破坏的“三大”病害之一,导致局部变形过大,路面整体稳定性降低,车辆行驶的横向稳定性减小,路面的水损害加快加重,甚至造成结构破坏和产生水漂,严重影响行车安全。多年以来,学者们基于材料组成、结构设计、温度等维度对沥青混凝土路面的车辙进行了大量试验研究,着重分析其产生的原因、影响因素,并就改善沥青混凝土路面抗车辙性能提出了意见。但目前的研究大多基于单一变量的分析,广州路新道路工程从多因素的融合视角综合论述和分析沥青混凝土路面车辙的影响因素及其机理。



沥青混凝土级配的影响

    沥青混凝土是一种主要由沥青、粗骨料、细骨料以及填充料组成的粘弹性复合材料,其强度主要表现在两个方面:①沥青与填充料形成胶结料的粘结力;②集料颗粒间的内摩阻力和锁结力。相互之间的作用力、沥青混凝土级配的选择与设计息息相关,即级配通过改变沥青用量、变换结构组合以及增减蠕变变形等影响沥青混凝土的结构及其使用性能。
    通过对沥青混凝土骨料结构的模拟分析认为级配中的粗骨料作为整个混合物的结构核心,通过沥青层传递和承担荷载以维持其结构稳定,而骨料级配的比例会影响最终的组织结构及其空隙率的大小。董泽蛟等通过对比分析马歇尔试验确定的7种沥青混合料的车辙试验和单轴蠕变试验数据,表明骨料内部级配中粗骨料的比例,与沥青混凝土的抗车辙能力呈正相关,而与沥青用量和混合料的空隙率呈反相关,较高的粗骨料含量能够较大程度地阻止车辙的产生。郭永红等则经过对车辙影响因素的理论分析表达了类似的观点。刘红英等通过不同公称尺寸集料级配、设计方法、荷载压力以及不同压实厚度的车辙试验研究得到公称尺寸大的粗骨料级配的抗车辙能力高于公称尺寸小的级配的结论。孟岩等对两种AC级配和两种美国级配共4种级配的马歇尔试验和车辙试验对比分析后认为,细集料含量偏高会形成驼峰级配,导致混合料软化,抵抗变形能力下降,并通过车辙试验结果验证了大粒径级配的高温抗车辙能力的优越性。张争奇等通过对实际路面抽样以获取级配比例,对比分析其不同位置处变形的大小,得出偏细骨料造成的集料“骨架松散”是车辙产生的一个重要原因的结论。认为细骨料形状一般比较单一,而沥青砂浆的粘附数量与骨料表面接触面积成正比,在荷载作用下,较粗骨料更易发生相对滑移;此外,骨料的细化程度与扩散蠕变的贡献率、蠕变速率、变形量呈正相关,而适当提高粗骨料的比例有利于抵抗沥青混凝土的变形。


沥青混凝土施工

  


沥青混凝土蠕变的影响

    沥青混凝土蠕变的发生始终伴随着蠕变变形,导致其整体稳定性破坏,抗剪能力降低,失稳型车辙产生的可能性增加,是影响车辙的一个重要因素。根据沥青混凝土材料的粘弹性,蠕变可分成蠕变迁移、蠕变稳定和蠕变破坏3个阶段。其中,蠕变迁移阶段和蠕变破坏阶段对车辙的影响比较小。栗培龙等对3种级配沥青混合料的静态蠕变试验研究表明:蠕变迁移阶段的材料不断压实,蠕变速率越来越小,材料完全压实后,材料内部形成完全密实的骨架结构,粘结力和锁结力增大,集料扩散和滑移的可能性减小,路面整体性和稳定性好;到蠕变破坏阶段时,路面已经损坏,研究蠕变对车辙的影响已经没有意义。对车辙影响最大的是蠕变稳定阶段,沥青混凝土材料的选择、路面运营过程中的温度以及荷载决定着稳态蠕变变形的大小。
    通过理论分析得知,温度不仅影响沥青砂浆的性质,同时也影响沥青混凝土的蠕变,因为沥青混合料的模量在温度的循环作用下呈非线性减小。低温环境下,沥青混合料的稳态蠕变速率对温度变化的敏感性较大;而高温环境下,沥青砂浆的粘滞性凸显,胶结料的粘结力、集料颗粒之间的内摩阻力和锁结力及其抗剪强度降低,在荷载作用下矿料之间产生的切向应力分量促使骨料沿接触面发生滑移,沥青混凝土的蠕变激活能减小和高温稳定性降低,蠕变变化速率加快和蠕变变形发展导致失稳型车辙形成。
    周岚等通过有限元研究温度及车辙荷载对沥青路面车辙发展的影响,分析表明:高温条件下车辙发展速度远大于低温条件下的发展速度,同时在荷载不变的情况下,低温条件下的车辙增长幅度较大,而高温条件下车辙深度增长绝对值更大。
    通过对春夏两个季节普通沥青混合料不同深度的温度进行测量,结果表明:面层区域范围内的温度总是最高的,且保持恒定,不随季节的变化而改变;而离路面越近,混合料内部温度越高,也正是上面层极易出现侧向流动发生失稳变形的原因。此外,同一深度处温度与混合料内部应力呈正相关。速度较慢的移动荷载对混合料造成的影响更大,因为移动荷载是以压力脉冲的方式作用在混合料的每个元素上,使其作用时间较长,作用深度较深,产生的影响较大。
    在荷载作用下,沥青混凝土必须调整内部结构通过增强集料之间的作用力来抵抗外力,而内部结构的重新有序化需要不断消耗沥青混凝土的能量,造成结构内部能量损失的不可逆性,同时能量的耗损量随着荷载的加大而增多,在温度等条件不变的情况下,蠕变发生和车辙形成的几率加大。
    加强沥青混凝土骨料的骨架作用,保证行车速度和行车荷载等,可以降低蠕变变形,提高抗剪能力和整体稳定性,有效减小车辙产生和提高路面使用寿命。


小区沥青道路修补


    (1)级配对沥青混凝土车辙的影响主要体现在级配骨料比例、尺寸以及形状的选择上。设计均匀合理、公称尺寸较大的级配,选用平均棱角性好、锁结力强的骨料,并适当提高内部级配中粗骨料的比例,有助于减小沥青路面的车辙。
    (2)沥青主要是通过影响混凝土的粘结力、劲度及其密实度与集料之间的作用力对车辙产生影响。减小0.3%的SGC法或马歇尔试验方法确定的沥青用量,是提高沥青路面抗车辙能力的沥青用量合理取值。
    (3)通过设计各层模量相当的路面结构、选择蠕变参数A和n较小的材料以及适当增加中面层厚度,可以有效分散荷载作用力,提高抗剪能力,降低混凝土蠕变,有利于避免车辙的发生,并提高路面的实用性和耐久性。
    (4)配制沥青混凝土时,添加抗车辙剂,铺设沥青路面时,加铺层位格栅,可以改善沥青路面混凝土的性能,提高抗车辙能力。

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