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渠化交通对沥青路面力学性能的影响

宣布日期：

2025-06-19

摘要

依托(南)昌九(江)高速公路改扩建工程，对高速公路横断面内差别位置路面举行取芯，测试其动态模量、劈裂强度、半圆弯拉强度以及间接拉伸疲劳性能，比照剖析渠化交通条件下沥青路面力学性能演变纪律。效果批注：在渠化交通荷载作用下，沥青路面动态模量降低，低温顺常温抗拉伸性能爆发衰减，疲劳寿命缩短。为包管路面的恒久使用性能，应严酷控制超载车辆在路面上的行驶行为。

要害词：渠化交通 | 改扩建工程 | 力学性能 | 间接拉伸疲劳试验

在高速公路中，接纳白色标线脱离车道，规范差别类型车辆分车道行驶，形成渠化交通，关于提高蹊径的通行能力和行车清静性具有主要作用。然而，由于车辆沿统一轨迹运行，使得车辆荷载集中漫衍在沥青路面轮迹带处，致使渠化交通条件下高速公路路面轮迹带处爆发严重的早期病害，造成路面泛起不匀称病害漫衍的征象，大大降低了高速公路的服役质量和使用寿命。

渠化交通是造成路面车辙病害的一个主要缘故原由。众多蹊径工程研究职员通过对中国海内部分高速公路路面使用性能举行视察剖析，发明关于大型车和小型车分车道行驶的路面，行驶大型车的行车道zui先泛起车辙等病害，而行驶小型车的超车道及应急车道处病害较少。钱霞等对连徐高速公路部蹊径段路况举行视察剖析发明，路面车辙基本以行车道中轴线对称漫衍，距离行车道中轴线两侧1m处的车辙深度zui深；为解决由于渠化交通引起的荷载型病害，关长禄等提出通过调解行车道宽度的要领缓解沥青路面车辙、推移等病害问题，延伸路面使用寿命；王志提出车道标线摆移法，通过按期变换车道标线位置，抵达改变车辆轮迹带位置，延伸沥青路面使用寿命的目的。

已有研究主要对渠化交通引起的车辙等病害在高速公路路面横向漫衍情形举行了视察剖析，无法反应渠化交通引起的路面结构内部损伤情形。因此，该文依托昌九高速公路改扩建通远试验段建设工程，通过在高速公路路面横断面差别位置取芯举行室内试验，比照行车道轮迹带处和应急车道处沥青混淆料力学性能的差别，进一步明确渠化交通对高速公路路面结构损伤的影响纪律，提出缓解渠化交通对路面使用性能倒运影响的步伐。

路面结构及组成

南)昌九(江)高速公路通远段为双向四车道高速公路，设计速率100Km/h，设计桩号为K86+240~K96+666，路面结构质料组成为AC-13(SBS改性沥青)密级配沥青混淆料(4cm)+AC-20C(SBS改性沥青)密级配沥青混淆料(6cm)+AC-20C密级配沥青混淆料(6cm)+ATB-25沥青稳固碎石(12cm)+水泥稳固碎石(20cm)+级配碎石(30cm)的组合形式。路面自2007年技改完成后，到改扩建工程实验时已泛起了稍微的车辙、推移、拥包、网裂等病害。为剖析路面质料力学性能，选取通远试验段内车辙病害相对严重的K90+500~K91+500路段，经检测，该路段车辙深度平均值为10mm左右，zui大值抵达21.7mm。取芯位置为各车道轮迹带处，取样距离为10m，取芯位置示意图如图1所示。为便于后文表述，将应急车道处、行车道轮迹带处和靠近路缘带轮迹带处取芯试样划分以A、B、C举行标记。

渠化交通对沥青路面力学性能的影响

路面力学性能指标测试及剖析

接纳动态模量试验、半圆弯拉试验、劈裂试验及间接拉伸疲劳试验对取芯试样的力学性能举行测试，剖析高速公路渠化交通对路面面层沥青混淆料力学性能的影响。对取芯试样按路面上面层、中面层和下面层举行切割、磨平处置惩罚，接纳水中重法对试样物理性子举行测试，获得毛体积密度测试效果如表1所示。

渠化交通对沥青路面力学性能的影响

由表1可以看出：应急车道处沥青混凝土芯样密度zui小，行车道和超车道轮迹带处芯样密度较量靠近，比应急车道处芯样密度大0.1g/cm?左右。由此可知，由于渠化交通的影响，使得沥青混凝土在服役历程中被行驶车辆进一步压实，密度增大。

动态模量

动态模量是现在海内外评价沥青混淆料力学性能的主要指标，可有用反应行车荷载作用下沥青混淆料的力学特征。将取芯试样举行切割、打磨，获得尺寸为Φ100mm×150mm的圆柱体试件，接纳**伺服液压多功效质料试验机对应急车道处(A)、行车道轮迹带处(B)和超车道轮迹带处(C)试样举行动态模量试验，试验温度为5、20、35和50℃，加载波形为半正弦波，加载频率为0.1、0.5、1、5、10和25Hz获得差别温度下试件动态模量随荷载频率转变曲线如图2所示。

渠化交通对沥青路面力学性能的影响

由图2可知：温度相同时，沥青混淆料试件的动态模量均随着加载频率的升高而增大，且低温时动态模量的增添幅度比高温时要小。沥青混淆料是一种典范的黏弹性子料，遭受荷载时应变滞后于应力。当加载频率较高时，加载历程较迅速，应变滞后效应较强，加载历程应变较小，模量较大。而当加载频率较低时，应变滞后效应削弱，模量减小。当加载频率相同时，沥青混淆料的动态模量均随着温度的升高而降低。这是由于温度的升高，沥青逐渐软化，使得沥青混淆料逐渐由弹性体状态向黏流态转变。

另外，比照应急车道处、行车道轮迹带处和超车道轮迹带处芯样动态模量数据可以发明，应急车道处芯样动态模量zui大，行车道和超车道轮迹带处芯样动态模量值较为靠近，无显着差别。当加载频率为10Hz，温度划分为5、20、35和50℃时，应急车道处沥青混淆料试件的动态模量划分比行车道轮迹带处沥青混淆料试件动态模量大9.2％、15.1％、9.3％和14.5％。由于高速公路应急车道基本无车辆行驶，可以以为该处沥青混淆料试件性能的衰减仅由情形作用所引起，而行车道和超车道处沥青混淆料性能的衰减由情形和行车荷载配合引起。因此可以推断，由于行车荷载的作用，使得沥青路面轮迹带处在夏日高温阶段爆发车辙病害，此时轮迹带下沥青混淆料内部集料之间爆发相对位移，改变了内部集料漫衍状态，集料骨架嵌挤作用削弱，使得动态模量降低。另外，在行车荷载和水分的耦相助用下，沥青混淆料内部动水压力较大，对混淆料造成的侵蚀作用远大于静水作用，进一步造成行车道轮迹带下部混淆料动态模量的降低。

半圆弯拉试验

半圆弯拉试验(SCB)普遍应用于评价沥青混淆料的间接拉伸性能。接纳伺服液压多功效质料试验机对路面取芯试样举行低温半圆弯拉试验，以评价应急车道处(A)、行车道轮迹带处(B)和超车道轮迹带处(C)下面层沥青混淆料的低温抗裂性能，试验温度为-5℃，加载速率为5mm/min，试件尺寸为Φ100mm×40mm的半圆柱体试件。试验完成后，获得沥青混淆料半圆试件破损时荷载巨细，接纳式(1)盘算获得混淆料半圆弯拉破损强度，效果如图3所示。

渠化交通对沥青路面力学性能的影响

渠化交通对沥青路面力学性能的影响

渠化交通对沥青路面力学性能的影响

从图3可以看出：应急车道处芯样半圆弯拉强度zui大，超车道轮迹带处芯样弯拉强度次之，行车道轮迹带处弯拉强度zui小，可是三者之间差别相对并不显著。弯拉强度越大，则沥青混淆料的低温抗拉能力越强，低温抗裂性能越好。因此，3处沥青混淆料试件的低温抗裂性能从优到劣排序依次为A＞C＞B。由于行车荷载的恒久作用，沥青路面轮迹带处混淆料内部集料之间爆发移位，内部集料和逍遥的漫衍状态爆发转变，颗粒间沥青胶结料厚度不匀称，致使沥青混淆料低温抗裂性能有所降低。并且，由于行车荷载和水分的耦相助用，沥青混淆料内部逍遥中动水压力较大，对沥青胶结料和集料爆发冲洗，使得沥青胶结料与集料之间的黏附力降低，抗弯拉强度减小。

劈裂试验

接纳**伺服液压多功效质料试验机对路面取芯试样举行劈裂试验，以评价应急车道处(A)、行车道轮迹带处(B)和超车道轮迹带处(C)沥青混淆料的常温抗拉性能。试验温度为15℃，加载速率为50mm/min，试件尺寸为Φ100mm×40mm的圆柱体试件。试验完成后，获得沥青混淆料试件破损荷载巨细，接纳式(2)盘算得混淆料劈裂强度，效果如图4所示。

渠化交通对沥青路面力学性能的影响

渠化交通对沥青路面力学性能的影响

从图4可知：应急车道处芯样劈裂强度zui大，超车道轮迹带处次之，行车道轮迹带处zui小，且关于统一层位沥青混淆料试件强度差别并不显着。A处与B处的上面层、中面层和下面层试件劈裂强度之差划分为0.515、0.511和0.4MＰA，B处试件相对A处试件的降低幅度响应为17.8％、18.5％和15.8％。这与低温下芯样试件半圆弯拉试验效果纪律类似，进一步验证了在路面渠化交通荷载的作用下，沥青混淆料的抗拉能力有所降低，抗裂性能爆发衰减。

比照差别层位沥青混淆料试件的劈裂强度可以发明，在3处均保存着上面层试件强度zui大、中面条理之、下面层zui小的纪律，这与差别层位沥青混淆料级配组成及沥青胶结料的类型有关。路面质料为：上面层为AC-13(改性沥青)密级配沥青混淆料，中面层为AC-20C(改性沥青)密级配沥青混淆料，下面层为AC-20C密级配沥青混淆料。由此可知，SBS改性沥青具有比通俗基质沥青优异的高温稳固性及黏结强度，响应的沥青混淆料高温性能及抗拉性能要强于基质沥青混淆料，使得上面层和中面层试件的劈裂强度高于下面层沥青混淆料。

间接拉伸疲劳试验

接纳**伺服液压多功效质料试验机对路面取芯试样举行间接拉伸疲劳试验，以评价应急车道处(A)、行车道轮迹带处(B)和超车道轮迹带处(C)沥青混淆料的抗疲劳性能，试验温度为15℃，试件尺寸为Φ100mm×40mm的圆柱体试件。试验历程接纳应力控制模式，凭证间接拉伸试验效果，划分取应力比为0.3、0.5、0.7试验荷载举行疲劳试验，加载频率为10Hz，以试件爆发裂痕为破损判断依据。图5为对数坐标下芯样试件间接拉伸疲劳寿命随应力比转变关系。

渠化交通对沥青路面力学性能的影响

由图5可以看出：

(1)在统一层位中，应急车道处沥青混淆料试件的疲劳寿命zui大，超车道轮迹带处次之，行车道轮迹带处zui小，且下面层A、B、C试件疲劳寿命的差别相对越发显着。这是由于在行车荷载的重复作用下，车道轮迹带下沥青混淆料内部集料颗粒位置获得重漫衍，逍遥率减小，颗粒间沥青胶结料厚度不匀称，致使沥青混淆料抗疲劳性能有所降低，另外，在行车荷载作用下，动水冲洗作用对沥青胶结料造成侵蚀，降低了沥青胶结料与集料之间的黏附力，使得混淆料抗疲劳性能降低。并且在行车道上行驶的重型车辆较多，沥青混淆料疲劳寿命的衰减水平更大，造成其疲劳寿命zui小。

(2)比照差别层位沥青混淆料试件的疲劳寿命发明，上面层沥青混淆料疲劳寿命zui大，其次为中面层，下面层zui小，并且上面层沥青混淆料试件疲劳寿命和中面层很靠近。这与沥青路面结构在行车荷载作用下的受力特征有关，在荷载作用下，拉应力区主要集中在下面层，使得下面层沥青混淆料经受的重复拉伸作用更强，抗疲劳性能劣化水平更大，并且上面层和中面层沥青混淆料接纳改性沥青，其疲劳性能要优于基质沥青混淆料。

(3)比照差别应力比条件下沥青混淆料的疲劳寿命可以发明：随着应力比的提高，在对数坐标下沥青混淆料的疲劳寿命近似呈线性下降趋势，沥青混淆料的疲劳寿命随着应力比的增大而急剧下降。以下面层A处沥青混淆料为例，在应力比划分为0.3、0.5和0.7时，沥青混淆料的疲劳寿命划分为51601、8521和801次。在高应力比下，沥青路面将会迅速爆发疲劳破损。因此，超载车辆对沥青路面的损害要远远大于允许荷载规模内车辆对路面的损害，为包管路面的恒久使用性能，应严酷控制超载车辆在路面上的行驶行为。

结论

该文依托昌九高速公路改扩建通远试验段建设工程，剖析了渠化交通对沥青路面力学性能的影响，获得如下主要结论：

(1)在动态荷载作用下，应急车道处芯样动态模量zui大，行车道和超车道轮迹带处芯样动态模量值较为靠近，无显着差别。由于渠化交通荷载的作用，使得沥青路面动态模量降低。

(2)由低温半圆弯拉试验和常温劈裂试验发明，应急车道处芯样抗拉强度zui大，超车道轮迹带处次之，行车道轮迹带处zui小，可是三者之间差别相对并不显著。在路面渠化交通荷载的作用下，沥青混淆料的抗拉能力有所降低，低温抗裂性能爆发衰减。

(3)通过间接拉伸疲劳试验发明，应急车道处沥青混淆料试件的疲劳寿命zui大，超车道轮迹带处次之，行车道轮迹带处zui小，且在下面层试件疲劳寿命的差别相对越发显着。渠化交通荷载作用使得沥青混淆料疲劳性能有所降低，并且荷载巨细对沥青混淆料疲劳寿命影响显著，为包管路面的恒久使用性能，应严酷控制超载车辆在路面上的行驶行为。

参考文献：

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[4]钱霞,张久鹏,黄晓明,等.沥青混凝土路面车辙病害视察及机理剖析[J].交通标准化,2007(1).

[5]关长禄,吕得保,孙秀东,等.行车道设计宽度对沥青混凝土路面病害的影响及刷新步伐的探讨[J].公路,2010(5).

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[10]黎晓,梁乃兴.间接拉伸试验条件下沥青混淆料的疲劳行为[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2013(6).

全文完宣布于《中外公路》2019年12月。作者简介：刘妍，女，大学本科，高级工程师.E-mail：519887257@qq.com

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