沥青混合料高温稳定性分析

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摘要：通过对影响沥青路面高温稳定的材料因素、环境因素等进行分析，确定了在高温地区通过集料、矿粉、混合料类型、施工工艺等方法来提高沥青混合料高温稳定性。为高温条件下沥青路面的设计、施工以及管理提供了一定的参考依据。

关键字：沥青路面；材料原因；设计级配；路面结构

中图分类号：U412.2文献标志码：A 文章编号：

引言：沥青路面因为高温引起的破坏有车辙、拥包、推挤、泛油、搓板等形式。车辙是在高温条件下沥青路面受荷载作用,混合料发生竖向压密或混合料侧移产生的不能恢复的永久变形。车辙的危害体现在两个方面,一是影响行车舒适性,二是对交通安全构成威胁。影响沥青混合料高温稳定性的因素是多方面的,包括材料因素、环境因素等,要控制好车辙的发生,需要多方面因素综合考虑,抓住主要矛盾,使车辙得到控制[1~2]。

1 沥青混合料高温稳定性影响因素

1.1 沥青性质

沥青的物理性质对混合料抗车辙性能有影响。在一定温度和加载速率下，沥青粘度越大，混合料的粘滞阻力也越大，抗剪切变形能力越强，沥青混合料抗车辙性能越好。沥青粘度随温度变化而变化，沥青的温度敏感性越低，则形成的沥青混合料相应具有更好的高温稳定性能，这种关系已被一些快速加载试验所证实。

1.2 气候因素

气候对沥青路面高温稳定性的影响是通过沥青路面混合料力学性能来起作用的，由于沥青是一种感温性很强的材料，使得沥青混合料也成为温度敏感性材料，在不同的温度条件下，沥青混合料路面会表现出截然不同的力学性质，较高的温度会使沥青混合料的劲度模量和抗剪能力降低，从而在车辆荷载作用下出现高温稳定性问题。因此，针对高温多雨的山区高速公路，在修筑沥青路面时，一定要根据当地的气候特点和当地的实际经验来选择沥青以及进行结构和材料设计[3]。

1.3 荷载因素

荷载的大小，重载和超载是沥青路面产生车辙和其它高温病害的重要因素之一，国内外的调查资料表明：在交通量组成中，重载占有较大比例的路段上，沥青路面的高温病害要比其它路段严重得多。

1.4级配

集料级配决定了矿料颗粒间嵌挤力的大小及混合料密实程度，直接影响沥青混合料的高温稳定性。研究表明，在最佳沥青含量时，中粒式沥青混凝土车辙最小，细粒式次之，粗粒式车辙最大。WestTrack环道试验也得出了相似的结论。

1.5 沥青混合料组成设计

除原材料的性质外，沥青混合料组成设计对其高温稳定性的影响十分巨大，主要包括：矿料级配、各类材料用量比例（如：天然砂用量、矿粉用量、回收粉比例）、自由沥青的多少（即：沥青用量），空隙率、饱和度等。

1.6 空隙率

空隙率较大的沥青混合料容易产生压密变形，增加其密实度可增加矿料颗粒间的接触压力，从而提高其抗车辙能力。但当空隙率低于某临界值时，继续减小空隙率，反而会使沥青混合料抗车辙能力降低。对于临界空隙率，WestTrack环道试验认为接近4%，也有研究表明，当空隙率为8%左右时，车辙最小。

2 提高沥青混合料稳定性的措施

2.1 集料及其级配

对于高等级公路和一些重要路段，应首选高质量的集料，特别是表面两层沥青混合料应采用坚硬、安定、表面粗糙、破碎、颗粒接近立方体的集料。而较粗的级配有较好的抗车辙能力，但不容易控制，而且级配过粗反而影响其高温稳定性，相比之下，密级配的沥青混合料抗车辙能力较开级配混合料稳定。规范规定，最大粒径13 mm及16 mm的适合于铺筑表面层，20 mm及25 mm的适合于铺筑沥青路面中面层和下面层。另外，适当提高混合料中粗集料的用量，对改善沥青混合料的高温性能有利。

2.2 矿粉

沥青混合料的强度在很大程度上取决于矿粉的性质。可用水泥、石灰取代部分矿粉。由于水泥中氧化钙含量一般很高，是一种活性高的碱性材料，不但具备作为矿粉的条件，而且水泥中的CaO与水消解后，其PH值可达到12，而一般的石灰石矿粉的PH值只有9左右。同时，由于水泥颗粒的不规则表面比较显著、且表面开口空隙大等原因，在沥青与水泥发生反应时，使得分子量较小的油分和沥青质就会进入开口空隙和微裂纹中，从而使沥青的凝胶结构特征开始更为显著，此时沥青颗粒大量聚集，稠度也有所增加，这样就更进一步改善了沥青与矿料之间的相互作用，提高了沥青混凝土的水稳性、高温稳定性和低温稳定性等性能。

2.3 沥青混合料

就沥青对沥青混合料高温稳定性能的影响来说，沥青含量的影响可能比沥青本身特性的影响更重要，对于细粒式或中粒式密级配沥青混合料，适当减少沥青用量有利于抵抗车辙，因此，在用马歇尔方法进行混合料设计时，在考虑高温稳定性能时，沥青用量应选择最佳沥青用量范围靠下限之处。但对于粗粒式或开级配沥青混合料，在考虑抗车辙时应综合考虑级配、集料对沥青的吸收性、集料与沥青间的粘结力、混合料的空隙率等，不能简单地采用减少沥青用量来改善抗车辙性能。

2.4 沥青类型

沥青类型应根据环境气候、交通条件等合理选用，尤其是气温高、渠化交通的道路应选用较粘稠的符合重交通沥青技术要求的优质沥青和改性沥青。稠度较高的沥青，软化点高，温度稳定性好，在高温下仍能保持足够的粘滞性，使混合料具有较高的强度和劲度而不致出现过大的变形。但在我国南方部分地区，高温季节的实际路面温度远不止60℃。因此，为了更好地反映路面使用过程中的实际温度情况，将车辙实验温度提高到700℃，从实验结果看，随着实验温度的升高，各沥青混合料的动稳定度明显降低，但70℃时改性沥青混合料的动稳定度仍为基质沥青混合料动稳定度的2～3倍，且高于规范规定的高温稳定性指标，这充分说明了改性沥青可以显著地提高沥青混合料高温抗车辙能力。

2.5 压实度控制

一般车辙主要来自沥青混合料的粘性流动，沥青混合料空隙率偏小（小于2%）时，在车轮碾压的反复作用下，沥青混合料没有足够空隙使其流动，造成沥青混合料整体流动，这会减少颗粒间的接触应力，使其抗车辙能力降低。沥青混合料空隙率偏大，颗粒间的接触应力不足，有足够空隙使沥青混合料流动，且集料之间的嵌挤作用未充分形成，车轮碾压的反复作用，会产生压密形变形成车辙。沥青混合料的空隙率应有一个范围（2%－8%），且有最佳空隙率，它的抗车辙能力最强。

2.6 施工工艺

沥青路面施工应针对不同的混合料采用不同的施工方法，除了把住材料的质量关以外，最重要的还有两点：① 施工温度，包括拌和、摊铺、压实温度，都必须严格控制；② 压实，这是沥青路面施工的最后工序，也是最重要的工序，好的混合料设计只有通过充分的压实才能获得优良的性能，适当的碾压才能获得最满意的效果。此外，加强施工中的质量检验也是很重要的。

3 总结

沥青路面的高温稳定性是受多方面因素影响的,从内因上看,主要有沥青的性质；集料中的矿粉；级配类型；施工过程中的压实度。而外在因素中环境温度、交通荷载对沥青路面高温性能的影响是巨大的。因此，在结构设计中应尽量选用基层强度较高,沥青面层厚度适宜的结构。

参考文献：

[1] 孙德栋. 沥青路面设计与施工技术[M]. 郑州：黄河水利出版社，2003.65～260

[2] 沙庆林. 高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M] .北京：人民交通出版社， 2001.140～288

[3] 沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M] .北京：人民交通出版社，2001年