抗车辙性能检测

抗车辙性能检测：保障道路耐久与行车安全的关键技术

引言：路面“变形”的克星

在交通荷载与环境因素的反复作用下，沥青路面常会出现一种典型的病害——车辙。车辙表现为沿行车方向出现的纵向带状凹槽，不仅影响行车舒适性与安全性（易积水、侧滑），更会显著缩短道路使用寿命。因此，准确评估沥青混合料的抗车辙性能，成为道路材料设计、施工质量控制和道路养护决策中不可或缺的关键环节。

一、 何谓抗车辙性能及其重要性

抗车辙性能，是指沥青混合料在高温条件下，抵抗由交通荷载反复作用而产生的永久塑性变形的能力。这种能力的高低直接决定了路面在炎热季节重载交通路段的服役表现。

• 影响行车安全： 过深的车辙会导致路表积水，增加车辆侧滑风险，尤其弯道或高速行驶时更为危险。
• 加速路面损坏： 车辙区域受力状态改变，易诱发网裂、坑槽等次生病害。
• 降低道路寿命： 严重车辙需提前进行大中修，增加养护成本。
• 评价材料与设计： 是筛选优质沥青、优化级配设计、验证改性效果的核心指标。

二、 核心检测方法：模拟与评价

目前，国内外广泛采用室内试验方法来模拟车轮对路面的碾压作用，并量化评价混合料的抗车辙能力。以下是几种主流方法：

1. 车辙试验 (Wheel Tracking Test)

   • 原理： 这是最直观、应用最广泛的试验。将成型好的板状沥青混合料试件（通常在标准条件下养护）置于可调温的试验机内。一个或两个标准橡胶轮（或钢轮）以规定的接触压力、速度在试件表面同一轨迹上反复碾压行走一定时间或次数。
   • 测量与评价：
     • 车辙深度 (Rut Depth, RD)： 直接测量碾压过程中试件表面产生的最大凹陷深度（单位：mm）。深度越小，抗车辙性能越好。
     • 动稳定度 (Dynamic Stability, DS)： 计算在试验达到某一特定碾压次数（如我国规范常取45分钟或60分钟时对应次数）时，单位时间内（通常为每分钟）车辙深度增加1毫米所需要的碾压次数（单位：次/mm）。DS值越大，表明混合料抵抗变形的能力越强，抗车辙性能越优。 计算公式通常为：DS = (t2 - t1) * N / (d2 - d1) （其中t1, t2为时间，N为时间间隔内的碾压次数，d1, d2为对应时间的车辙深度）。
     • 相对变形 (Relative Deformation)： 车辙深度与试件厚度的比值。
   • 标准： 我国主要依据《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTGE20) 中的 T 0719 沥青混合料车辙试验。

2. 重复荷载永久变形试验 (Repeated Load Permanent Deformation Test, RLPD)

   • 原理： 在万能试验机或专用设备上进行。对圆柱体或棱柱体试件施加轴向的重复脉冲荷载（模拟车轮的瞬时作用），荷载之间保持较低的接触应力（模拟轮隙间）。
   • 测量与评价：
     • 永久变形累积曲线： 记录每次加载循环后试件的累积永久应变。
     • 流变次数 (Flow Number, FN)： 指永久应变累积速率发生显著变化（通常由稳定阶段转向加速变形阶段）时所对应的加载次数。FN值越大，表明混合料在长期荷载下抵抗永久变形的能力越强。
     • 永久应变率： 特定循环次数后的永久应变值。
   • 特点： 能更精细地研究材料在不同应力水平下的变形发展规律，常用于研究级配、沥青类型、改性剂等对长期变形特性的影响。

3. 汉堡车辙试验 (Hamburg Wheel Tracking Test, HWTT)

   • 原理： 车辙试验的一种改进。其显著特点是将试件完全浸没在恒温（通常为50°C）的水浴中进行碾压，并增加碾压次数（通常数万次）。
   • 测量与评价：
     • 车辙深度发展曲线： 记录整个碾压过程中的车辙深度变化。
     • 剥离拐点 (Stripping Inflection Point, SIP)： 分析曲线，找出车辙深度突然加速增长的拐点所对应的碾压次数。该点常被认为与水分侵蚀导致沥青膜剥离、集料间粘结丧失有关。SIP值越大，表明混合料的水稳定性及综合抗车辙性能越好。
     • 最终车辙深度： 试验结束时的总车辙深度。
   • 特点： 能同时评价混合料在浸水条件下的抗车辙性能和水损害敏感性，在美国等地应用广泛。

三、 影响抗车辙性能的关键因素

检测结果受多种材料与结构因素影响：

• 沥青性质： 高温粘度、针入度、软化点越高，感温性越低（PG高温等级越高），抗车辙性通常越好。改性沥青（如SBS、SBR、橡胶粉）能显著提升性能。
• 集料特性： 坚硬、多棱角、表面粗糙的集料能提供更强的骨架嵌挤作用，抵抗变形能力强。级配设计至关重要，骨架密实结构（如SMA）通常优于悬浮密实结构。
• 沥青用量： 最佳沥青用量是平衡各项性能的关键。过量沥青会降低混合料的内摩擦力，增加流动性，导致车辙加剧。
• 空隙率： 适当的空隙率（通常要求施工后达到目标值）能容纳轻微变形并提供稳定性，过高或过低均不利。
• 温度与荷载： 高温是诱发车辙的关键环境因素，温度越高，混合料劲度越低，越易变形。重载、慢速交通（如交叉口、爬坡路段）加剧车辙形成。
• 压实度： 施工压实不足会导致混合料初始密度低，承载能力差，更易产生变形。

四、 检测数据的应用场景

1. 材料设计与优化： 筛选沥青类型、改性剂、集料级配和最佳油石比，确保新设计混合料满足特定工程（如高温地区、重载道路）的抗车辙要求。
2. 配合比验证： 在施工前，对拟用于工程的混合料配合比进行车辙试验，验证其是否达到规范或设计要求。
3. 施工质量控制： 对拌合楼生产的混合料取样进行快速车辙试验，监控生产质量的稳定性。
4. 改性剂效果评价： 对比改性沥青与基质沥青混合料的试验结果，量化改性剂对抗车辙性能的提升效果。
5. 养护决策支持： 评估现有路面的抗车辙能力，预测病害发展趋势，为预防性养护或修复方案提供依据。
6. 规范符合性判定： 作为工程验收的重要指标之一，判断施工质量是否符合规范规定的动稳定度或车辙深度限值。

五、 现场检测与无损评估

除了严格的室内试验，现场检测对于掌握实际路面的抗车辙状况同样重要：

• 激光断面仪： 快速、精确地测量路面横断面的车辙深度（RD）、车辙深度指数（RDI）等指标。
• 连续式摩擦系数测定仪： 车辙深度会影响横向摩擦系数。
• 高精度三维成像技术： 获取更全面的路面变形信息。

结语：精益求精，铺就坦途

抗车辙性能检测是连接沥青混合料设计、生产、施工与服役性能的关键纽带。通过科学的试验方法（如车辙试验、重复荷载试验、汉堡试验）获取准确的动稳定度、车辙深度、流变次数等核心指标，能够有效指导材料选择、优化设计、控制施工质量，从而显著提升路面的高温稳定性和耐久性。随着检测技术的不断发展和完善，以及高性能材料的持续应用，对沥青混合料抗车辙性能的精准把控，将为构建更安全、更耐久、更舒适的道路交通网络奠定坚实基础。持续关注这一关键性能指标，是道路工程领域保障工程质量、延长使用寿命、降低全寿命周期成本的不懈追求。