总474期
2018年第24期（8月 下）
材料与结构对沥青路面抗车辙能力的
影响对比分析
杨盼盼
（英达热再生有限公司，江苏 南京 210000）
摘要：车辙成为沥青路面的一种常见病害，随着我国交通量的持续增长及重载车辆的增加，车辙越来越严重，且部分路段车辙深度较大，严重影响了行车安全。产生车辙的主要原因是沥青混合料抵抗剪切流动变形的能力不足，因此从材料和结构两方面分别阐述了提高路面抗车辙能力的措施，通过两方面的对比，提出最佳的改善措施，能够最大程度的延缓车辙的复发周期，延长道路的使用寿命。
关键词：抗剪强度；层间热黏结；黏层油；抗车辙能力中图分类号：U414
文献标识码：B
蜡含量低，分子量大，聚合度高，其中的灰分呈珊瑚状，高温下能将沥青轻组分吸入细孔中。与同等级普通石油沥青相比，动稳定度能提高40%~50%，可有效抵抗高温车辙。
（3）抗车辙剂
抗车辙剂是一种沥青改性剂，可以改善沥青混合料的高温稳定性，主要表现为两方面：
①对沥青改性。抗车辙剂在拌和过程中全部或部分溶于沥青，可提高沥青的软化点，增加沥青黏度。
②集料的增黏作用。拌和时抗车辙剂首先与集料干拌，由于混合时间短，部分熔融于集料表面，提高了集料的黏结性，相当于对集料进行了预改性。2.2 改善路面结构
沥青混合料的级配类型和层间黏结效果均对沥青混合料的抗剪强度有重要影响，从而影响沥青路面的抗车辙性能。
（1）不同的混合料级配类型
从结构方面，沥青混合料的抗剪强度与车辙深度具有较好的相关性，因此沥青路面的抗车辙能力可通过沥青混合料的抗剪强度指标表征。沥青混合料的抗剪强度与矿质集料在沥青混合料中的分布情况有密切关系。沥青混合料有密级配、开级配和间断级配等不同组成结构类型，因此矿料级配类型是影响沥青混合料抗剪强度的因素之一。
（2）不同的层间黏结效果
对同一种级配类型，其材料本身的抗剪强度相同，沥青路面车辙病害主要是由于层间黏结力不足以抵抗外界的水平剪力而产生的横向变形，层间黏结效果直接影响材料的剪切变形大小。目前实现层间黏结主要有两种方式，一是层间喷洒黏层油，二是通过层间混合料的相互嵌挤作用实现层间热黏结。
0 引言
沥青路面的车辙由车辆荷载反复碾压形成，近年来由于交通量与轴载的不断增加，沥青路面的车辙病害成为沥青路面的主要病害之一，而且出现越来越早，数量越来越多，程度越来越严重。车辙大多发生在交通量大、重型车辆多的道路上，车辙不但影响行车质量而且危及行车安全，因此解决车辙病害是近年来道路设计、施工、养护和研究单位十分重视的问题，关键点是提高道路的抗车辙能力，其方法很多，本文重点从材料和沥青层结构两方面对比分析阐述提高沥青路面抗车辙能力的措施，提出了结构改善比材料改善更有利。
2 提高沥青路面抗车辙能力的方法研究
形成沥青路面车辙的影响因素包括内因和外因，其中内因主要是路面材料性能、路面结构、施工质量等，外因主要是交通荷载、气候条件、水文条件等。在一定的道路交通状况和环境条件下，要提高道路的抗车辙能力主要依靠改善内因，即提高沥青路面材料的抗车辙性能和改善道路的结构类型。2.1 改善路面材料
（1）改性沥青
SBS改性沥青是目前广泛使用的一种改性沥青，与基质沥青相比，其高温黏度大，SBS改性沥青混合料具有较好的高温稳定性和低温抗裂性，因此SBS改性沥青路面的耐久性和高温稳定性较好，提高了道路的路用性能。特别是在一些气候条件恶劣、交通量较大或重交通的路段。根据试验研究，采用SBS改性沥青，其沥青混合料的动稳定度显著提高，可以很大程度的提高道路的抗车辙能力，延长道路的使用寿命。
（2）天然沥青
天然沥青是在高温下经过亿万年的充分氧化而形成，
收稿日期：2018-08-01
3 材料改善对抗车辙能力的效果分析
反映掺加不同材料的沥青路面抗车辙能力的主要指标
132是沥青混合料的动稳定度，通过室内试验研究，以动稳定度为指标，对比SBS改性沥青、湖沥青和抗车辙剂三种材料改善后沥青路面的抗车辙能力。
采用同一种级配类型AC-13沥青混合料、不同添加材料成型车辙试件，分别测定其动稳定度，试验结果如下：
表1 不同沥青混合料的动稳定度
试件材料类型动稳定度/次·mm
-1
普通沥青混合料1320SBS改性沥青混合料3410添加湖沥青的沥青混合料5019添加抗车辙剂的沥青混合料
5983
注：（1）沥青混合料的油石比控制在4.5～5.0%；
（2）湖沥青和抗车辙剂的添加量均为矿料质量的0.3%。通过以上车辙试验分析得出，单纯从材料方面对比，添加天然沥青和抗车辙剂的沥青混合料动稳定度显著提高，可以更好的改善沥青路面的高温抗车辙能力。
4 结构改善对抗车辙能力的效果分析
4.1 级配方面
我国沥青路面常用的级配类型有密级配沥青混合料（AC）、沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）和开级配排水式沥青磨耗层（OGFC）。通过三种结构集料和沥青的作用机理分析对比其抗车辙能力。
密级配沥青混合料（AC）：为悬浮密实结构，其细集料较多，粗集料悬浮于之间，胶结料黏结力大，但内摩擦角较小，所以抗剪强度最低。
沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）：为骨架密实结构，既有粗集料形成骨架，又有细集料将骨架空隙填满，集料的嵌挤作用及沥青的黏结作用均较好，抗剪强度最高。
开级配排水式沥青磨耗层（OGFC）：为骨架空隙结构，其内摩擦角较大，黏聚力较小。抗剪强度介于AC和SMA之间。
目前，已有相关的室内试验评价沥青混合料的剪切性能，即通过剪切试验，在相同的试验条件（加载速度1mm/min）下测定不同混合料的抗剪强度，研究试验结果见表2。
表2 不同类型沥青混合料抗剪强度试验结果
级配类型最大抗剪强度（MPa）
内摩擦角（°）
黏聚力（kPa）
AC-130.75340.14143.05OGFC0.91244.15116.24SMA-13
1.123
43.85
135.49
得出以下试验结论：在相同最大粒径不同级配的情况下，最大抗剪强度的排列顺序为：SMA>OGFC>AC。4.2 层间黏结方面
一般实现层间黏结的方法是喷洒黏层油，但黏层油在沥
交通世界TRANSPOWORLD青混合料之间本身就是一个薄弱层，容易造成层与层之间不完全连续。沥青路面结构设计为层间完全连续弹性体系，即假定各结构层之间受力模型为层间完全连续的受力体系，路面结构层被看作一个整体，层间的受力和位移都假设是连续的。因此，沥青层间黏结采用喷洒黏层油的方法与设计假设的理论前提不符。且在常温态的下承层路面摊铺上层热态的沥青混合料，使层间形成较大的温度差，层间沥青混合料的碾压温度易不满足要求，形成弱界面，降低了整个沥青层的抗剪强度。甚至在道路使用一段时间后，局部会出现层与层之间的完全脱离，导致受力体系发生根本性变化。
层间热黏结技术是指在摊铺上面一层沥青层之前，通过加热设备对下承层沥青层顶面进行加热，路面软化以后通过耙松设备对其表面耙松拉毛，在经加热耙松后的沥青面层上直接摊铺新沥青混合料，将两层沥青混合料一起压实成型，层间界面处集料相互嵌挤，实现层间完全连续，使整个沥青层在结构上成为一个整体，既消除了层间弱界面，而且提高了层间抗剪强度。
对沪宁高速试验段的就地热再生热黏结技术和传统喷洒黏层油直接罩面施工路段进行取芯，并进行层间界面剪切强度的对比试验，其中上面层为AC-13沥青混合料，试验结果见表3。
表3 层间抗剪强度对比
序号热黏结技术试样抗剪强度
黏层油工艺试样抗剪强度
（MPa）（MPa）10.5530.24720.6980.29230.6910.25940.8520.28150.711/60.527/70.603/80.536/90.586/平均值
0.0
0.270
得出以下结论：
① 芯样完整率对比：喷洒黏层油罩面的芯样技术施工后的芯样只取出4个，而层间热黏结技术施工后的9个芯样全部取出，芯样的完整率由36%提高到100%。
② 层间抗剪强度对比：层间热黏结技术比喷洒黏层油罩面技术施工后的芯样层间抗剪强度由0.27MPa提高到0.MPa。
③ 层间热黏结技术的平均层间抗剪强度0.MPa接近材料本身的最大抗剪强度0.753MPa。
5 两类改善方式的对比分析
（1）通过添加提高抗车辙能力的材料可以显著改善沥
（下转第176页）
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置，即采用限位措施，以此确保在受到地震作用以后能提供充足安全储备。为便于施工与维护检修，在桥台底部增设一处检查井，桥墩核心构件采用高强低松弛环氧喷涂无黏结钢绞线缠包后外挤PE，选取GJ15—8型锚具，支持更换，并在索内布置监测设备。对于墩底耗能装置，均设置能避免屈曲的稳定构造，受到地震作用后可十分方便的予以更换，避免镀锌实现防腐，设置完成后浇筑封闭，不仅能提高耐久性，而且还能在受到地震作用后提供足够的耗能能力。
少，但其在本桥梁工程中的成功应用，积累了丰富经验，为这项新技术的推广应用打下了坚实基础。
（4）作为一项新兴技术，摇摆桥梁无论是基本理论还是具体的设计方式，均需得到进一步的完善与优化，尤其是加强体系的开发与试验，相信随着加强体系的不断成熟，该技术将更好的用于实践，从而取得理想的效果，提高桥梁工程隔震设计技术水平。
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（编辑：刘学文）
3 结语
通过上述分析与实践可得：
（1）分析新型摇摆桥墩通用设计步骤与以位移为基础的设计方式。
（2）在桥梁工程实例中应用新型摇摆桥墩隔震技术，通过分析可知，所有部件在受到地震作用后，其实际受力状态都保持在预期范围之内，满足安全稳定方面的基本要求，并且桥面上因地震发生的反应也很小，完全实现隔震功能。此外，震后结构残余位移不足2mm，不仅实现了对损伤的有效控制，而且还提供较强自复位能力。
（3）就目前来看，我国采用这种隔震做法的桥梁还很
（上接第133页）
青路面的抗车辙效果，但是从经济成本考虑，天然沥青和抗车辙剂的价格较高，且其添加方式受到工艺的，一般在重载车辆通行路段或交叉口路段使用。
（2）层间热黏结技术只需要使用加热设备再次加热下承层路面，不需要喷洒黏层油。热黏结技术的层间抗剪强度比黏层油工艺提高近3倍，且接近材料本身的最大抗剪强度，从结构上近于实现沥青路面的层间连续假设体结构。
（3）目前，车辙变形的主要位置不是在材料结构层内，而更多是层间位置。从抗剪试验结果对比可知，黏层油的层间抗剪强度远小于普通沥青混合料的最大抗剪强度，因此，即使添加抗车能能力的材料也不能起到改善层间的黏结状况，层间结构改善比材料改善更有助于提高路面的抗车辙能力。
度由0.27MPa提高到0.MPa；且且接近材料本身的最大抗剪强度，实现了沥青路面的层间连续假设体结构。
（4）黏层油的层间抗剪强度远小于普通沥青混合料的最大抗剪强度，因车辙变形的薄弱处主要在层间黏结位置，层间结构改善比材料改善更关键，更有助于提高路面的抗车辙能力。
（5）对同一种级配类型的沥青路面，若达到提高抗车辙的最佳效果，可综合材料与结构两方面同时改善，即采用添加天然沥青或抗车辙剂的层间热黏结技术，同时提高材料的剪切强度和层间抗剪强度，可最大限度的延长车辙复发周期。
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（编辑：钱宇宁）
6 结语
（1）从材料方面对比，添加天然沥青和抗车辙剂的沥青混合料动稳定度显著提高，高温抗车辙效果优于改性沥青。
（2）从级配方面对比，在相同最大粒径不同级配的情况下，最大抗剪强度的排列顺序为：骨架密实结构（SMA）→骨架空隙结构（OGFC）→悬浮密实结构（AC）。
（3）从层间结构对比，采用层间热黏结工艺技术施工的沥青混合料芯样与喷洒黏层油工艺相比，其层间抗剪强
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