沥青路面车辙预测模型及预防性养护措施探讨

沥青路面车辙预测模型及预防性养护措施探讨

王影

(重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400041)

摘 要：车辙是沥青路面病害的一种常见类型，本文比较了三种沥青路面车辙预测方法，分别是理论方法、力学经验方法、经验方法，发现经验法逐步减少，理论法愈发完善，而力学经验法仍是主流。对预防性养护新技术中的可降解汽车尾气的路面封层技术进行了说明，在路面中使用光催化材料可以降解汽车尾气中的有害气体。为预防性养护措施提供一些思考。

关键词：沥青路面；车辙；预估模型；预防性养护

一、引言

车辙是沥青路面常见的一种损坏现象，其实质是沥青路面在自然温度场中经受汽车重复荷载作用下，沥青混合料被碾压而形成的辙槽，而且较严重的辙槽两侧通常伴有膨起变形。预测沥青路面的车辙深度，不仅可以作为沥青混合料设计的重要依据，同时，可以了解沥青路面使用期内车辙的发展情况，为路面养护和维修提供参考，进而在实践上可以有效地控制路面车辙，提高路面使用质量。微表处、稀浆封层、雾封层等技术是道路预防性养护常用方案。本文介绍了三种车辙预估模型，并对预防性养护新技术中的可降解汽车尾气的路面封层技术进行了说明。

二、沥青路面车辙预测方法

建立科学合理的车辙预估模型，对防止和减少车辙的危害，提高路面的使用寿命，选择合适的维修养护时机，提高路面的管理水平，具有重要意义。

（一）理论法

理论法是目前在国际上较有影响和发展较快的方法，它以弹性层状体系理论或粘弹性理论为基础，计算路面系内的应力，并利用路面沥青混合料永久应变和应力的关系来计算路面的永久应变，继而求出车辙。

（二）力学经验法

理论力学经验法，采用弹性或粘弹性层状体系理论计算应力、应变，结合试验，统计得出车辙与材料特性、路面结构及荷载条件之间的关系。早期的力学经验法，关注的是路基顶面应变所引起的车辙。由于当今路面结构越来越厚，对于中国，则多采用半刚性基层，由于路基变形所引起的车辙不显著。

（三）经验方法

经验法是一种统计理论，以试验路观测资料为基础，集合室内试验的预估经验公式的方法。其代表模型有Wijevatne模型、Archilla模型，主要的优点是针对性较强、可靠性较高，对比同类环境，其精度较高，但是不能深入反应力学性能、局限性较大、通用性较差，并且在项目中投入资金较高，通用性和发展空间都较小。此法仅适用于特定区域、特定条件下对沥青路面车辙的预估。

（四）预估方法新进展

随着计算机技术的快速发展,运用有限元软件如ABAQUS、ANSYS等来预测车辙深度看来更为现实和经济，且使用有限元法模拟整个车辙区域更加合理其中ABAQUS在道路领域应用较多。国外的Blab利用有限元方法，采用Maxwell模型，利用胎压和温度分布对车辙预估，其结果与加速加载的试验结果吻合较好。东南大学的黄菲针对于ABAQUS软件进行了深入研究，运用ABAQUS有限元软件对沥青路面永久变形进行数值模拟并给出合理的预估方法，通过对不同基层的路面结构进行高温下的重复加载试验，来模拟实际道路的行车条件，从而分析柔性基层和半刚性基层路面结构在不同交通荷载下的应力、应变和位移响应，以得到沥青路面永久变形与加载次数之间的相关规律。

三、防护性养护措施

（一）常用预防性养护措施比较

灌封，国内外广泛应用，但使用材料施工工艺需要进一步规范化。雾封层，稀释的慢凝乳化沥青喷洒路面细裂缝，防止松散老化，养护室及重要，不适合摩擦系数较低的路段，乳化剂类型为慢凝乳化剂，需要中断两小时进行交通养护。含砂雾封层较为环保，减少紫外线对路面的伤害，掺加细砂能够提高其抗滑性能，使用聚合物改性剂，能够延缓胶结料老化，保持沥青材料性能。大量使用在低交通量道路和城市道路，但最近几年也在大交通量和高速公路展开了研究。稀浆封层，级配良好的集料和乳化沥青组成混合料，适用于老化引起的破坏。复合封层即碎石封层后在施工一层稀浆封层，碎石封层可分为单层同步碎石封层、双层同步碎石封层、嵌挤式碎石封层、开普封层、纤维碎石封层，不能增加路面承载能力，不适用于严重的结构性病害。薄层加铺，为增加超薄磨耗层的耐久性，采用聚合物改性是一个趋势。再生剂喷涂类，通过改性气体成分与沥青作用，形成使已老化沥青还原的共聚物。

（二）可降解汽车尾气的路面封层技术

1.光催化剂

在沥青混凝土中添加一种或者在地面表层加涂一层能够消化吸收净化处理有害物质的材料。这类新型沥青混凝土可用于城市路面（尤其是尾气浓度较高的地区），对汽车尾气中一些有害物质起到一定的溶解功效，从而降低城市中有危害气体含量，减轻机动车辆尾气环境污染的难题。纳米技术催化氧化材料因其较好的光催化剂的活性、耐化学性及其可回收利用性，被认为是净化室内空气的材料。

将纳米二氧化钛与路面材料复合型，根据路面材料这一媒体，将在汽车消音器出去被最先吸咐在路面尾气排放“二次净化处理”能够大幅度降低尾气排放中氮氧化合物含量，减少尾气排放对空气和环境中的环境污染。

将纳米光催化剂二氧化钛负载到路面材料上，利用纳米光催化氧化技术1脱除汽车尾气中氮氧化物。因为空气中的氮氧化合物主要来源于尾气排放，而光催化氧化反应出现于催化剂与污染气体的表面上，污染气体与催化剂合理接触到的比表面取决于光催化降解高效率，如果把纳米二氧化钛负荷在路面材料上，汽车排放的废气立即扩散并粘附到金属催化剂表面，光催化氧化开展反映，降低了因为汽车尾气排放所造成的大气污染问题，从而降低空气中的污染物浓度。

2.二氧化钛基光催化复合材料

单独将TiO2作为光催化剂时，由于光生电子-空穴对复合率较高从而影响其析氢性能。因此利用某些材料与TiO2组成复合材料从而在一定程度上抑制电子—空穴的复合达到增强其光催化活性的目的。引入其他元素与TiO2进行掺杂2合成复合材料，降低带隙并提高光催化性能。此外，通过引入其他元素抑制了光生电子和光生空穴对的复合。赵联芳、傅大放、钱春香等3通过掺杂Fe3+，浸渍法制备了纳米TiO2，试验结果显示Fe3+提高了纳米TiO2的光催化效率，提高了纳米TiO2在弱紫外光下的光催化效率，提高了纳米TiO2对较高质量浓度NOx的光催化效率，有效地促进了电子和空穴的分离和迁移。

三、结论

1.弹性体系由于其在高问题条件下的缺陷，逐渐被粘弹性层状体系所代替，已有少量模型采用粘塑性理论，但还不成熟；关于车辙的形成机理，剪切流动理论被越来越多采用；经验法逐步减少，理论法愈发完善，而力学经验法仍是主流；随着计算机性能及软件功能的提升，有限元方法成为预估车辙的一个强大的工具，具有广阔的发展空间。

2.光源（紫外线）是光催化剂发挥其降解有害气体性能的必要反应条件；光催化剂对HC、NO的降解效果比较明显，锐钛矿型光催化剂对有害气体的催化降解活性要略高于金红石型光催化剂。单纯的二氧化钛在实际应用中存在带隙大、氢过电位高和激子的再混合等缺点。为了改进这些缺点，改变其宽带隙和延伸其可见光作用范围以改进二氧化钛的光催化活性，目前已经通过不同的改进方法提高TiO2的光催化活性，主要包括有利用不同物质与TiO2制备复合材料、元素掺杂和光敏化等。

参考文献；

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[3]刘刚,陈磊磊,钱振东等.基于因子分析方法的沥青路面车辙影响因素及预估模型[J].2021,37(04):421-428.

作者简介：王影（1999-），女，汉族，河南商丘人，重庆交通大学硕士研究生。