沥青路面车辙病害及抗车辙剂解决方案课件.pptx

1、沥青路面的车辙病害沥青路面的车辙病害 1 1 车辙定义车辙定义 在在高温高温和和渠化交通渠化交通的作用下，沥青路面结构层的作用下，沥青路面结构层出现的永久变形。出现的永久变形。 车辙的形成主要是车辙的形成主要是沥青面层在行车荷载的沥青面层在行车荷载的作用下，进一步压密、作用下，进一步压密、挤压使轮迹带下沉，两挤压使轮迹带下沉，两侧面鼓起，形成波峰和侧面鼓起，形成波峰和波谷状，波谷状，波峰和波谷波峰和波谷的的高差即为车辙深度高差即为车辙深度. .2 2 车辙产生的背景和现象车辙产生的背景和现象n上世纪上世纪7070年代美国的调查表明：在州际和主要公路上车辙所致的路年代美国的调查表明：在州际和主要

2、公路上车辙所致的路面损害约占面损害约占30%30%；8080年代日本的调查表明：由于车辙所引起的路面损年代日本的调查表明：由于车辙所引起的路面损害高达害高达80%80%。 n国内随着高速公路的建设，近年来（国内随着高速公路的建设，近年来（19991999年以后）不同省份通车的年以后）不同省份通车的沥青路面都出现了车辙。沥青路面都出现了车辙。n1998年通车的沈阳年通车的沈阳山海关高速公路山海关高速公路2年后就出现了较年后就出现了较严重车辙严重车辙 n1999年年10月通车的北京月通车的北京秦皇岛高速公路，秦皇岛高速公路，2000年年7月月份就出现了断断续续的车辙份就出现了断断续续的车辙 n20

3、00年通车的机荷高速公路，在年通车的机荷高速公路，在2003年年7月出现了严重月出现了严重车辙，车辙最大深度达车辙，车辙最大深度达8cm，远超过设计要求的，远超过设计要求的1.5cm n2003年通车的郑少高速公路，在通车不到半年就相继年通车的郑少高速公路，在通车不到半年就相继出现了车辙，在上坡路段最大车辙深度达出现了车辙，在上坡路段最大车辙深度达10cm.桥面铺装车辙桥面铺装车辙行车道车辙行车道车辙(雨天雨水聚集）雨天雨水聚集）车辙深度车辙深度车辙处切面车辙处切面行车道（中等和重车辙）车辙伴随坑槽3 3 车辙分类车辙分类n磨耗型车辙磨耗型车辙n压密型车辙压密型车辙n失稳型车辙失稳型车辙 磨耗

4、型车辙磨耗型车辙当路面结构当路面结构稳定，车辆稳定，车辆行驶时，轮行驶时，轮胎磨耗路表胎磨耗路表而产生此类而产生此类车辙，车辙车辙，车辙深度一般在深度一般在5mm5mm以内。以内。3.13.1磨耗型车辙磨耗型车辙压密型车辙压密型车辙由于沥青由于沥青混合料的混合料的空隙率太空隙率太大，碾压大，碾压追密造成追密造成压密性车压密性车辙。一般辙。一般侧向隆起侧向隆起较小。较小。3.2 3.2 压密型车辙压密型车辙 对于半刚性基层主要是由于沥青混合料结构失稳而致；含有柔性基对于半刚性基层主要是由于沥青混合料结构失稳而致；含有柔性基层的沥青路面也与基层和土基的不稳定有关。层的沥青路面也与基层和土基的不稳定

5、有关。3.3 3.3 失稳型车辙失稳型车辙4 4 原因分析原因分析n路面结构路面结构n矿料级配矿料级配n交通荷载交通荷载n纵坡的影响纵坡的影响 n温度的影响温度的影响 n原材料原材料n沥青的影响沥青的影响 4 4 原因分析原因分析 一般认为沥青路面的车辙产生在面层，这主要是与我国大多一般认为沥青路面的车辙产生在面层，这主要是与我国大多采用半刚性基层有关；对于半刚性基层沥青路面，来自面层的车采用半刚性基层有关；对于半刚性基层沥青路面，来自面层的车辙占整个路面的辙占整个路面的9090以上。以上。 对于柔性基层来讲，沥青路面结构产生的车辙来自整个路面对于柔性基层来讲，沥青路面结构产生的车辙来自整个路

6、面结构，尤其是土基。结构，尤其是土基。4.1 4.1 路面结构的影响路面结构的影响沥青层厚度对车辙影响沥青层厚度对车辙影响剪应力沿面层厚度分布图剪应力沿面层厚度分布图 中面层容易产生失稳性车辙中面层容易产生失稳性车辙 轴载从轴载从10T依次增加到依次增加到13T、15T、18T，剪应力高值的分布，剪应力高值的分布范围从面层下范围从面层下36cm依次增加依次增加到到37cm、38cm、39cm，剪应力的最大值位置从剪应力的最大值位置从4cm依依次增加到次增加到4cm、5cm、5cm。剪应力与失稳性车辙剪应力与失稳性车辙4.24.2面层级配的影响面层级配的影响n通常级配越细，沥青混合料产生车辙的可

7、能越大；通常级配越细，沥青混合料产生车辙的可能越大；n矿粉沥青比对沥青混合料车辙影响较大；矿粉沥青比对沥青混合料车辙影响较大；n骨架密实级配通常有好的抗车辙性能；悬浮密实和骨架空隙结骨架密实级配通常有好的抗车辙性能；悬浮密实和骨架空隙结构一般抗车辙性能较差。构一般抗车辙性能较差。 超重载现象严重 在某高速公路上，大型货车中轴载超过我国标准轴载10T的比例平均：40.6%；4.3 4.3 交通荷载的影响交通荷载的影响 轴载（kN）轮压（MPa）超载车比例（%）车辙（mm）1000.707014.381200.8482019.675026.051400.9902034.615040.251601.

8、1312058.435072.971801.2732073.465089.39不同比例超载车辆作用下的车辙预估不同比例超载车辆作用下的车辙预估 从调查发现，车辙严重的路段均在陡坡路段，特别从调查发现，车辙严重的路段均在陡坡路段，特别在高速公路行驶重载和超重载车辆的情况下，往往容易在高速公路行驶重载和超重载车辆的情况下，往往容易产生较严重的车辙。超重载货车在上坡路段的速度一般产生较严重的车辙。超重载货车在上坡路段的速度一般为为20km/h20km/h，车辆如果以，车辆如果以100 km/h100 km/h速度行使，对路面沥青速度行使，对路面沥青层的作用时间约为层的作用时间约为0.02s0.02s

9、，如果行使速度只有，如果行使速度只有20 km/h20 km/h，则对路面沥青层的作用时间约为则对路面沥青层的作用时间约为0.1s0.1s。4.4 4.4 纵坡的影响纵坡的影响 n 当当ESAL=（13） 107时时 提提高一个等级高一个等级n当当ESAL3107时时,可考虑再提可考虑再提高一个等级高一个等级n对慢速移动设计荷载，提高一对慢速移动设计荷载，提高一个等级个等级n对停驻的设计荷载，提高二个对停驻的设计荷载，提高二个等级等级 没有高温，即使在超重载的交通状况下，车辙也难没有高温，即使在超重载的交通状况下，车辙也难以产生。随着温度的升高，沥青的粘度呈对数级下降，以产生。随着温度的升高，

10、沥青的粘度呈对数级下降，沥青混合料的抗压强度和抗剪强度快速下降。沥青混合料的抗压强度和抗剪强度快速下降。 夏季中午路表温度最高达夏季中午路表温度最高达6070，有时路表温度，有时路表温度大于大于60的时间大于的时间大于5个小时，远远大于重交沥青的软个小时，远远大于重交沥青的软化点化点 。 4.5 4.5 温度的影响温度的影响 n目前大部分高速公路对沥青的选择是比较注重的，大多选用目前大部分高速公路对沥青的选择是比较注重的，大多选用优质沥青，上面层采用改性沥青，但是忽视了砂石料的影响。优质沥青，上面层采用改性沥青，但是忽视了砂石料的影响。 n粗集料棱角性不足，细集料多用石屑或砂。粗集料棱角性不足

11、，细集料多用石屑或砂。n材料来源于不同的料场，级配很难控制。材料来源于不同的料场，级配很难控制。4.5 4.5 材料的影响材料的影响 对许多密实型连续密级配沥青混凝土来说，粗集料对许多密实型连续密级配沥青混凝土来说，粗集料是呈悬浮结构状态，相互嵌挤作用相当有限，这时沥青是呈悬浮结构状态，相互嵌挤作用相当有限，这时沥青结合料的高温劲度就起到更为重要的作用。结合料的高温劲度就起到更为重要的作用。 可以使用低标号的沥青，如可以使用低标号的沥青，如50，70 4.5 4.5 沥青的影响沥青的影响 n沥青面层级配沥青面层级配 沥青混合料的高温抗车辙能力有沥青混合料的高温抗车辙能力有60%60%依赖于矿料

12、级配的嵌挤作依赖于矿料级配的嵌挤作用，沥青结合料则提供用，沥青结合料则提供40%40%的抗车辙能力。的抗车辙能力。5 预防措施预防措施n天然砂掺量每增加天然砂掺量每增加1 1，沥青混合料的动稳定度降低，沥青混合料的动稳定度降低4 4。对于超重载路段的面层建议限制甚至不用天然砂。对于超重载路段的面层建议限制甚至不用天然砂。n机制砂通常有良好的抗车辙性；机制砂通常有良好的抗车辙性；n石屑应严格控制石屑应严格控制0.075mm0.075mm筛孔通过率。筛孔通过率。细集料细集料n采用较硬的沥青或改性沥青。采用较硬的沥青或改性沥青。 n在超载车辆多、气温高、上坡段等地段，建议沥青胶结料的选用应在超载车辆

13、多、气温高、上坡段等地段，建议沥青胶结料的选用应考虑高温再提高一个或两个性能等级。考虑高温再提高一个或两个性能等级。沥青沥青 应严格控制沥青用量，在高温地区在最佳沥青用量应严格控制沥青用量，在高温地区在最佳沥青用量基础较低基础较低0.3%0.3%左右用量，有助于提高沥青混合料的动稳左右用量，有助于提高沥青混合料的动稳定度，从而改善抗车辙能力。定度，从而改善抗车辙能力。沥青用量沥青用量结构层结构层n对于高温地区的超重载道路，应该提高中面层的对于高温地区的超重载道路，应该提高中面层的车辙标准；车辙标准；n在不提高车辙标准的情况下，车辙试验的试验压在不提高车辙标准的情况下，车辙试验的试验压强和试验温

14、度应模拟当地路面实际情况。如强和试验温度应模拟当地路面实际情况。如6565度，度，0.9MPa0.9MPa等等施工方面施工方面n正确处理规范级配、目标级配和施工级配之间的关系正确处理规范级配、目标级配和施工级配之间的关系n合理提高压实度，适当减少空隙率合理提高压实度，适当减少空隙率 采用实测密度与理论密度双控空隙率，保证理论密度不低于采用实测密度与理论密度双控空隙率，保证理论密度不低于94%94%，实测，实测空隙率在空隙率在4%4%左右。左右。 n严格控制沥青用量严格控制沥青用量 建议缩小沥青用量允许误差的范围，将规范规定的允许误差士建议缩小沥青用量允许误差的范围，将规范规定的允许误差士0.3

15、0.3缩小为士缩小为士0.20.2。 n严格控制石料的压碎值严格控制石料的压碎值 法国：相对形变法国：相对形变, ,H/h,%H/h,%德国：车辙深度（汉堡钢轮试验，同时评价水敏感性）德国：车辙深度（汉堡钢轮试验，同时评价水敏感性）美国：车辙深度（美国：车辙深度（APAAPA，可评价沥青混合料疲劳性能），可评价沥青混合料疲劳性能）中国、日本：动稳定度，中国、日本：动稳定度，DS=(42DS=(4215)/(d60-d45)15)/(d60-d45)6 车辙的测定方法车辙的测定方法动稳定度评价高温稳定性存在问题动稳定度评价高温稳定性存在问题D60D4545min60min抗车辙剂解决方案抗车辙剂

16、解决方案 抗车辙剂是以一种或多种纤维聚合物材料，经过一定工艺合成的高分子聚合物，可通过拌合或熔融分散在沥青混合料中，以改善或提高沥青混合料抗车辙性能的沥青混合料外掺加剂。1 1 抗车辙剂抗车辙剂2 2 抗车辙剂的特性抗车辙剂的特性n外观为黑色颗粒外观为黑色颗粒n可在常温下保存可在常温下保存n密度：密度：0.921.1g/cm3n熔融指数：熔融指数：710 g/10minn熔点：熔点：140150n粒径：不大于粒径：不大于6mm胶结作用胶结作用 通过部分聚合物的溶解形成胶结作用，从而达到降低渗透性、提高环球法软化温度和降低热敏感性等效果加筋作用加筋作用 通过聚合物中塑料纤维在级配骨架内部搭桥而形

17、成嵌挤作用嵌挤作用 施工时微粒临时得到软化，然后这些颗粒在碾压过程中热成型，从而填充沥青混合料中的空隙2 2 抗车辙剂的工作原理抗车辙剂的工作原理干干集集料料空空白白表表面面干集料附着抗车辙剂表面干集料附着抗车辙剂表面2 2 抗车辙剂的工作原理抗车辙剂的工作原理沥青改性作用：沥青改性作用：抗车辙剂在湿拌和运输过程中，部分溶胀于沥青抗车辙剂在湿拌和运输过程中，部分溶胀于沥青中，形成凝胶层，从而达到对沥青的改性、提高软化点温度、增中，形成凝胶层，从而达到对沥青的改性、提高软化点温度、增加粘度、降低热敏性等沥青改性的作用；加粘度、降低热敏性等沥青改性的作用；变形恢复作用：变形恢复作用：抗车辙剂的弹性

18、成分在较高温度时具有使路面的抗车辙剂的弹性成分在较高温度时具有使路面的变形部分弹性恢复的功能，因而降低了成型沥青路面的永久变形。变形部分弹性恢复的功能，因而降低了成型沥青路面的永久变形。 2 2 抗车辙剂的工作原理抗车辙剂的工作原理3 抗车辙剂的性能及与改性沥青对比抗车辙剂的性能及与改性沥青对比3.1 3.1 抗车辙剂掺量对最佳沥青用量的影响抗车辙剂掺量对最佳沥青用量的影响 3.2 马歇尔水稳性能比较马歇尔水稳性能比较残留稳定度残留稳定度 试验采用AC-20级配，分别采用海川公司产车辙王（掺量3.5）、茂名石化产SBS改性沥青和克拉玛依70#A重交沥青，根据JTJ052-2000试验规程实验操

19、作方法进行研究（见表1）。项目未浸水（KN）浸水（KN）残留稳定度比（%）AC-20+70#A9.3268.16287.52AC-20+3.5 车辙王+70#A12.10410.98390.74AC-20+SBS改性沥青11.64210.35588.953 3 抗车辙剂的性能及与改性沥青对比抗车辙剂的性能及与改性沥青对比表表1 1 马歇尔水稳性能比较马歇尔水稳性能比较3.2 马歇尔水稳性能比较马歇尔水稳性能比较冻融劈裂冻融劈裂 试验采用AC-20级配，分别采用海川公司产车辙王（掺量3.5）、茂名石化产SBS改性沥青和克拉玛依70#A重交沥青，根据JTJ052-2000试验规程实验操作方法进行研

20、究（见表2）。项目未浸水（KN）浸水（KN）残留稳定度比（%）AC-20+70#A9.3268.16287.52AC-20+3.5 车辙王+70#A12.10410.98390.74AC-20+SBS改性沥青11.64210.35588.953 3 抗车辙剂的性能及与改性沥青对比抗车辙剂的性能及与改性沥青对比表表2 2 冻融劈裂性能比较冻融劈裂性能比较3.3 3.3 高温稳定性能高温稳定性能 AC-20混合料车辙试验结果混合料车辙试验结果 60动稳定度动稳定度（次（次/mm）70动稳定度动稳定度（次（次/mm）AC-201410323AC-20+0.35%车辙王车辙王61051358AC-20

21、+0.5%车辙王车辙王106922784AC-20+SBS改性沥青4846838通过上表可以看出，掺加车辙王抗车辙剂后，抗车辙性能都显著提高。通过上表可以看出，掺加车辙王抗车辙剂后，抗车辙性能都显著提高。掺量为掺量为3时，时， 60动稳定度可以达到动稳定度可以达到6000次次/mm以上；以上；掺量为掺量为5 时，时， 60动稳定度可以超过动稳定度可以超过8000次次/mm以上。以上。3 3 抗车辙剂的性能及与改性沥青对比抗车辙剂的性能及与改性沥青对比3 3 抗车辙剂的性能及与改性沥青对比抗车辙剂的性能及与改性沥青对比3.4 3.4 低温性能低温性能 掺加车辙王抗车辙剂后，弯拉强度和劲度模量指标

22、有所提高，但提高幅掺加车辙王抗车辙剂后，弯拉强度和劲度模量指标有所提高，但提高幅度不大，弯拉应变等指标变化不大，说明车辙王抗车辙剂对沥青混合料的低度不大，弯拉应变等指标变化不大，说明车辙王抗车辙剂对沥青混合料的低温性能有所改善。温性能有所改善。 抗低温弯曲性能抗低温弯曲性能（-10） 项目弯曲强度（Mpa）劲度模量（Mpa）破坏应变（）AC-20+70#A7.0528982433AC-20+3.5 车辙王+70#A9.1229153128AC-20+SBS改性沥青8.12289528043 3 抗车辙剂的性能及与改性沥青对比抗车辙剂的性能及与改性沥青对比4 4 抗车辙剂应用推荐方案抗车辙剂应用

23、推荐方案 4.1 半刚性基层高等级公路及城市主干道半刚性基层高等级公路及城市主干道 上面层上面层4cm细粒式改性沥青混合料或细粒式改性沥青混合料或SMA 中面层中面层56cm中粒式沥青混合料中粒式沥青混合料+抗车辙剂抗车辙剂下面层下面层68cm粗粒式沥青混合料粗粒式沥青混合料 重点推荐：中面层重点推荐：中面层4 4 抗车辙剂应用推荐方案抗车辙剂应用推荐方案 4.2 中低交通量公路沥青路面及一般城市道路中低交通量公路沥青路面及一般城市道路 上面层上面层34cm细粒式沥青混合料细粒式沥青混合料中面层中面层46cm中粒式沥青混合料中粒式沥青混合料 基基 层层 重点推荐：上面层重点推荐：上面层4 4

24、抗车辙剂应用推荐方案抗车辙剂应用推荐方案 4.3旧水泥路面加铺沥青面层旧水泥路面加铺沥青面层 上面层上面层4cm细粒式改性沥青混合料或细粒式改性沥青混合料或SMA 中面层中面层56cm中粒式（改性）沥青混合料中粒式（改性）沥青混合料 原有水泥路面原有水泥路面重点推荐：中面层（高等级公路）重点推荐：中面层（高等级公路） 上面层（中低等级公路）上面层（中低等级公路）4 4 抗车辙剂应用推荐方案抗车辙剂应用推荐方案 4.4 4.4 特殊路段特殊路段 （1 1）桥面铺装）桥面铺装 目前，国内的桥面铺装大部分都采用目前，国内的桥面铺装大部分都采用SMASMA面层结构，所以抗车面层结构，所以抗车辙剂的推荐

25、部位还是在中面层，推广策略与辙剂的推荐部位还是在中面层，推广策略与6.16.1相似，掺量相似，掺量0.3%0.3%。（这里所指的桥面铺装指一般的混凝土桥面铺装，不包括钢箱梁桥（这里所指的桥面铺装指一般的混凝土桥面铺装，不包括钢箱梁桥面铺装。）面铺装。）（2 2）高等级公路长大纵坡路段）高等级公路长大纵坡路段 此类路段是最容易产生车辙的路段。推荐在中面层掺加此类路段是最容易产生车辙的路段。推荐在中面层掺加0.5%0.5%的的抗车辙剂，而且上面层宜采用抗车辙剂，而且上面层宜采用SMASMA。（3 3）市政干道十字路口及大型公交枢纽站）市政干道十字路口及大型公交枢纽站 此类路段是城市道路中最容易产生

26、各种高温破坏的部位，主要此类路段是城市道路中最容易产生各种高温破坏的部位，主要是由刹车、起步引起的剪切力造成的。因此对于此类路段应建议在是由刹车、起步引起的剪切力造成的。因此对于此类路段应建议在中面层掺加抗车辙剂，掺量中面层掺加抗车辙剂，掺量0.30.30.5%0.5%。 5 5 车辙王抗车辙剂施工工艺车辙王抗车辙剂施工工艺 掺加方式与剂量：掺加方式与剂量：车辙王是按一定质量直接投入到拌合缸内与集车辙王是按一定质量直接投入到拌合缸内与集料进行拌合的，无需特殊的设置。常规掺量为沥青混合料总重量料进行拌合的，无需特殊的设置。常规掺量为沥青混合料总重量的的3 3-5-5 。可以设计应用于上面层、中面

27、层和下面层沥青混合。可以设计应用于上面层、中面层和下面层沥青混合料中。料中。沥青混合料的拌和：沥青混合料的拌和：首先将不同规格的冷集料按确定比例（由实首先将不同规格的冷集料按确定比例（由实验室确定，符合某一级配规格）进入烘干筒，集料的烘干温度一验室确定，符合某一级配规格）进入烘干筒，集料的烘干温度一般为般为180-190，然后在正常的拌合工艺下，将一定比例的车辙，然后在正常的拌合工艺下，将一定比例的车辙王抗车辙剂加入到拌合缸内与集料进行干拌，在原干拌时间基础王抗车辙剂加入到拌合缸内与集料进行干拌，在原干拌时间基础上增加上增加10秒，再喷入已加热到秒，再喷入已加热到160-170的热沥青，进行湿

28、拌，的热沥青，进行湿拌，湿拌时间为湿拌时间为40秒，直到拌合均匀无花白料为止。秒，直到拌合均匀无花白料为止。 沥青混合料的运输：沥青混合料的运输：将拌合好的沥青混合料，用自卸车（最好不将拌合好的沥青混合料，用自卸车（最好不少于少于20T）运输到摊铺现场。）运输到摊铺现场。沥青混合料的摊铺沥青混合料的摊铺 ：将摊铺机熨平板预热到将摊铺机熨平板预热到120左右，然后将左右，然后将沥青混合料卸到受料斗内摊铺，摊铺速度一般为沥青混合料卸到受料斗内摊铺，摊铺速度一般为2-3m/min，松，松铺系数一般为铺系数一般为1.15, 摊铺温度为摊铺温度为160-170。 沥青混合料的压实：沥青混合料的压实：q对

29、于骨架密实型沥青混合料，可以采用紧跟摊铺机，采用紧跟慢压工对于骨架密实型沥青混合料，可以采用紧跟摊铺机，采用紧跟慢压工艺压实，初压温度为艺压实，初压温度为160-170160-170；q对于悬浮密实型沥青混合料，初压温度为对于悬浮密实型沥青混合料，初压温度为150-160150-160，初压采用，初压采用1313吨吨的钢轮压路机，静压的钢轮压路机，静压1 1遍，然后用遍，然后用26T26T胶轮压路机碾压胶轮压路机碾压2 2遍，用遍，用1313吨钢吨钢轮振动压路机振压轮振动压路机振压2 2遍，最后用遍，最后用11T11T的钢轮压路机静压一遍，其终压温的钢轮压路机静压一遍，其终压温度不低于度不低于

30、110110，直到达到规定的压实度为止。，直到达到规定的压实度为止。 5 5 车辙王抗车辙剂施工工艺车辙王抗车辙剂施工工艺 n施工简单：可以通过拌和缸窗口加入；也可以用机器自动添加；施工简单：可以通过拌和缸窗口加入；也可以用机器自动添加；不需额外的沥青改性设备；不需额外的沥青改性设备；n拌和时间：加入热集料后，再加入抗车辙剂，延长干拌时间不拌和时间：加入热集料后，再加入抗车辙剂，延长干拌时间不少于少于8 810S10S；其他工艺与一般沥青混合料相同；其他工艺与一般沥青混合料相同；n高温碾压，避免推移。高温碾压，避免推移。5 5 抗车辙剂施工工艺特点总结抗车辙剂施工工艺特点总结 6 抗车辙剂的经济评价抗车辙剂的经济评价 n 造价分析采用AC-20结构沥青混合料n 用油量：4.5%n 普通道路石油沥青： 4500元/ tn SBS改性沥青 ： 6200元/ tn 车辙王： 20000元/ tn 集料：100元/ tn 以一吨集料来进行计算：n 车辙王沥青合料： n 1*100+3.5*1*20000+4.5%*1*4500=372.5元n SBS改性沥青混凝土：1*100+4.5%*1*6200=379元 谢谢谢谢!