得分：_______

研究生课程论文

2014～2015学年 第2学期

二〇一五年五月

课 程 号 PD06002

课程名称 《道路工程专论》

论文题目 抗车辙新型沥青路面

学科专业 建筑与土木工程

学 号

姓 名

任课教师

抗车辙新型沥青路面

摘要：我国高速公路沥青路面早期破坏现象严重，其中高温车辙破坏是一个重要的原因。我国从混合料的级配设计方法、改性沥青方法和外掺剂方法三个方面入手研发抗车辙沥青路面，其施工需要注意拌合、运输、摊铺、碾压等关键技术。

关键词：抗车辙；沥青；混合料的级配设计；改性沥青；外掺剂。

0 引言

高速公路沥青路面早期破损问题，己成为影响我国公路健康发展的突出问题，主要表现在三个方面:（1）损坏时间早。有的建成使用后1-2年，就出现严重的损坏现象，个别路段通车当年就出现大面积损坏，远远达不到设计寿命。（2）损坏范围宽。全国各地都不同程度地存在着路面过早损坏问题。（3）损坏程度重。有的损坏不是局限在沥青表面层，而是基层也发生损坏，不得不进行路面重建。在沥青路面的早期损坏中尤其以高温车辙破坏最为突日。

1 车辙的形成

车辙是行车道轮迹带上产生的永久变形，由轮迹的凹陷及两侧的隆起组成。根据车辙的不同形成过程，可将车辙分成三大类型:失稳型车辙，是指当沥青混合料的高温稳定性不足时，沥青路面结构层在车轮荷载作用下，其内部材料因流动而产生横向位移，通常发生在轮迹处，这也是车辙的主要类型；结构型车辙，指沥青路面结构在交通荷载作用下产生的整体永久变形。这种变形主要是由于路基变形传递到路面层而产生的；磨耗型车辙，为沥青路面结构层的材料在车轮磨耗和自然环境因素作用下不断地损失而形成的车辙。汽车使用了防滑链和突钉轮胎后，这种车辙更易发生。

以上三种车辙中以失稳型车辙最为严重，其次为磨耗型车辙。由于我国大多数沥青路面都采用水泥或石灰粉煤灰稳定粒料做基层，也常采用其他半刚性材料做底基层，这些材料的强度和模量都相当高，因此，沥青路面的车辙主要来源于沥青面层所产生的变形。结构型车辙较小，故一般情况下所指的车辙是失稳型车辙。

2 车辙的危害

车辙的出现，严重影响了路面的使用寿命和服务质量，给路面及路面使用者带来了许多危害：影响路面的平整度，降低了行车舒适性；轮迹处沥青层厚度减薄，削弱了沥青及路面结构的整体强度，从而易于诱发各种病害，如网裂和水损坏等；雨天路表排水不畅，降低了路面的抗滑能力，甚至于会由于车辙积水而导致车辆漂滑，冬天车辙内存水凝结成冰，路面抗滑能力下降，影响高速行车的安全；车辆在超车或更换方向时失控，影响车辆操纵的稳定

性。

3 抗车辙沥青路面研究方向

为了能有效地防治高速公路沥青路面的车辙病害，提出了三种常用防治车辙的技术：（1）混合料的级配设计方法；（2）改性沥青方法；（3）外掺剂方法。

混合料的级配设计方法

由于在高温条件下混合料的抗剪强度不足或塑性变形过大，路面就会形成车辙，而混合料的抗剪强度与矿料在沥青混合料中的排列情况关系非常密切，影响混合料的抗剪强度的因素主要是矿料的粒径大小、形状和表面粗糙程度等，这是由于经过碾压后的混合料颗粒间相互位置的性能及颗粒间有效接触面积的大小主要是取决于矿料的形状和粗糙度。另外改变粒径的大小就会影响混合料级配，而影响混合料高温性能的至关重要因素就是级配类型，因此选择合理的级配类型将有利于防止路面形成车辙。

一般情况下，选择矿料必须具有以下几个特点：①棱角多；②各方向尺寸相差不大；③形状近似正方体；④带细微凸出的粗糙表面。这样的集料经过碾压后才能互相嵌挤锁结形成很大的内摩擦角，从而使混合料的嵌挤力增强，抗车辙性能越高。但是改善混合料级配的方法有利有弊，虽然提高了沥青混合料的高温稳定性，却对施工工艺提出了更高的要求，而且混合料在拌和过程中容易离析，从而使混合料的低温稳定性以及水稳定性都降低了。

因此，在路面施工过程中要优先采用S型紧密嵌挤型级配或SMA间断级配，如表。

表 级配类型表

S型紧密嵌挤型级配 减少了最粗部分和最细部分粗、细集料的用量，增加了中粗集料的用量，使集料的嵌挤能力增加，从而有效地提高抗车辙能力。

SMA间断级配 粗集料的比例达到80%混合料的嵌挤作用是其他混合料无法比拟的，在国内得到广泛的应用。

在颗粒结构组成上，S型紧密嵌挤型级配介于骨架密实结构与悬浮密实结构之间，当中粗集料接近间断时，级配与SMA间断级配相似，改善了混合料级配的连续性，在施工过程中对抑制混合料的离析现象起到一定程度上的有利作用，还降低了混合料对纤维的依赖性。

改性沥青方法

沥青作为混合料的粘结剂，影响着沥青混合料抗车辙性能，主要反映在其性质和粘度上。为了使沥青路面的高温稳定性增强并且延长其使用寿命，就要使沥青材料的技术性质方面产生变化，比如改善沥青的流变性能、提高沥青与集料的粘附性、延长沥青的耐久性，这需要

对沥青进行改性。

改性沥青是指按照一定的工艺在基质沥青中添加改性剂，使沥青的技术性能产生变化，以达到改变混合料技术性能的目的。常用的沥青改性剂通常分为三类，如表所示。由表可以看出，沥青改性剂的种类较多，从大量试验来看SBS改性沥青适用范围广，抗裂效果好等优点如图所示。

表 沥青改性剂分类

橡胶类 丁苯橡胶（SBR）

氯丁橡胶（CR）

天然橡胶（NR）

再生橡胶

废旧橡胶 主要对沥青的低温性能起到改善作用，使其低温抗裂性提高，在寒冷地区适用。

热塑性橡胶类 苯乙烯丁二烯乙烯段共聚物（SBS）

苯乙烯异戊二烯苯乙烯共聚物（SIS）

苯乙烯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物（CSEBS） SBS广泛应用，除了提高沥青的高、低性能，增强与集料之间的粘附性，还具有良好的弹性。

热塑性树脂类 乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）

聚乙烯（PE）

无规聚丙烯（APP）

聚氯乙锻（PVC） 主要使沥青的高温稳定性提高，但与集料的粘附性不好。EVA，PE研究相对较多。

图 SBS改良沥青优点

虽然SBS改性沥青对混合料的路用性能起到了一定的改善作用，但是若采用SBS改性沥青，还需要克服几个问题：（1）SBS改性沥青制作设备需要特殊处理、独一无二的，且改性S

B

S

沥青的优点 降低沥青感温性

提高永久变形能力

提高低温抗裂性

提高界面粘结力

提高抗老化能力

提高抗冲击能力

提高抗疲劳能力

提高水稳定性能

剂和基质沥青的相溶性仍然是比较棘手的一大问题；（2）在很高的温度条件下才能制备改性沥青，若是操作不当就很容易使沥青老化，对其使用性能产生影响；（3）改性沥青的储存需要专用设备，不宜长时间储存，而且需要不断进行搅拌；（4）在运输过程中，因行车颠簸等原因可能会出现离析现象；（5）采用SBS改性沥青将会使工程造价大幅度增加。

由此可以看出，采用改性沥青虽然提高抗车辙能力，但是仍然需要把存在的问题解决掉，才能很好的利用SBS改性沥青的优势。

外掺加剂法

目前常常采用一种在沥青混合料中添加外掺加剂的方式来达到改善其性能的目的，其中抗车辙剂就是一种外掺加剂。美国在20世纪90年代末就着手研发适用于沥青混合料改性的专用外掺剂，欧洲许多公司在借鉴美国的成功经验的基础上，成功地开发研制了沥青混合料专用外掺改性剂的产品，主要有壳牌SEAM、德国的DUROFLEX、法国的PR等等。

我国交通部公路科学研究院的RA车辙剂的诞生，即以天然沥青和多种高分子化合物聚合而成，开启了外掺剂的国内研发与应用的先河，随后广东银禧科技股份有限公司的筑路王RK300，深圳海川公司与欧洲道路试验室合作共同开发的车辙王抗车辙剂等应运而生。

外掺的抗车辙剂与混合料级配设计方法和改性沥青方法相比解决车辙的问题，在改善沥青路面车辙方面，抗车辙剂存在以下优势，如表所示。

表 抗车辙剂优势

优势 备注

功能强大 掺入抗车辙剂，能显著增强混合料高、低温性能、水稳定性等，其中，对高温抗车辙能力的改善作用尤为明显。

耐久性强 添加抗车辙剂后，与集料和沥青粘结在一起，使集料表面的油膜厚度增大，增加混合料的整体强度，从而使混合料耐久性能整体提高。

环保性好 加工和生产抗车辙剂的过程中不生成任何有害气体，不要求存储条件，可以长时间储存。

拌和方便，施工简单 不需添加任何设备;不存在相容性离析、等问题；直接添加即可，方便快捷；需延长拌和时间和提高施工温度。

经济性好 初期投资稍大，但可以减少道路养护维修，延长道路使用寿命，从总投资费用来看，比普通沥青路面或常规改性沥青路面还要节省。

4 车辙防止措施对比

通过对车辙防治方法的分析，结合国内外研究成果，得到最常用的车辙防治对策是改善混合料级配技术、采用改性沥青技术和外掺抗车辙剂三种技术，如表所示。

表 车辙防治措施对比

方法

对比条件 混合料级配设计 采用改性沥青 外掺抗车辙剂

经济性 初期投资小，维护费用高 增加工程造价，维护费用减少 前期投资大，维护费用大大减少

施工便利度

拌合过程中混合料容易离析 需要专用设备、施工温度高、储存时间短

拌合时间长、施工温度较高

改善效果 提高了高温稳定性，降低了低温稳定性及水稳性 提高了高温稳定性及低温稳定性 提高了高温稳定性、低温稳定性及水稳性

表从经济性、施工便利度和改善效果三个方面对比了三种车辙防治方法的优劣。改善沥青混合料级配设计技术的经济性很好，投资比较小，但是在拌和的过程中，混合料容易离析，虽然提高了混合料高温稳定性，同时也降低了其低温稳定性及水稳定性，而且在后期道路维护中需要投入更多资金;采用改性沥青技术对混合料的高温稳定性和低温稳定性有所改善、，减缓了路面车辙形成的速度，延长了路面的使用寿命，但是改性沥青的制备需要特殊处理、温度很高，而且不易长时间储存，增加了工程造价;与前两种方法相比，外掺抗车辙剂技术的适用性比较广，虽然前期投资较大，但掺加抗车辙剂后沥青混合料的高温稳定性能显著提高，而且低温稳定性以及水稳定性也相应提高了，大大延长了道路的使用寿命，减少了道路的维护、维修费用，从长远来看，其总投资比较小，只是在拌和时需要适当延长拌和时间及提高施工温度。

5 抗车辙路面施工关键技术

抗车辙路面施工有以下几个关键技术：（1）拌合关键技术；（2）运输关键技术；（3）摊铺关键技术；（4）碾压关键技术。

拌合关键技术

沥青混合料需要采用拌和机械在沥青拌和站进行拌制，拌和机械有两种：一个是间歇式拌和机，另一个是连续式拌和机。高速公路和一级公路均采用间歇式拌和机拌制的沥青混凝土铺筑路面，因为间歇式拌和机可以保证沥青混合料的质量更加稳定以及沥青用量更加准确。在拌和站内需要分开储存各种集料，存放细集料的地方必须设防雨棚，料场内应该具有完备的排水设施，道路应作硬化处理，且严禁泥土污染集料;为了保证混合料降低的温度不