田林

【摘 要】高溫穩(wěn)定性能是瀝青混合料的一項(xiàng)重要路用性能，穩(wěn)定性不足而引發(fā)的病害，包括在水平力的作用下產(chǎn)生的推移、壅包、波浪等，而對(duì)于渠化交通嚴(yán)重的高速公路瀝青路面而言，高溫穩(wěn)定性的問題突出表現(xiàn)為車轍本文通過工程實(shí)例，提出影響瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性的諸多因素，隨著對(duì)瀝青路面高溫車轍的認(rèn)識(shí)以及試驗(yàn)設(shè)備的不斷完善，對(duì)影響瀝青路面的高溫穩(wěn)定性因素加以控制。

【關(guān)鍵詞】瀝青混合料 車轍 配合比設(shè)計(jì)

隨著車轍現(xiàn)象的加劇，瀝青路面混合料骨料會(huì)重新排列，使瀝青路面出現(xiàn)縱向裂縫、松散從而使路面結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。對(duì)超重車輛及持續(xù)高溫對(duì)路面的抗車轍能力影響估計(jì)不足，基層頂面透層與下封層乳化瀝青用量過大，在高溫時(shí)起到了潤滑作用，加劇了層間流動(dòng)。同時(shí)抗水損壞能力與抗車轍能力在瀝青混合料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求是相互矛盾而由相互制約的。

1 車轍形成的機(jī)理

車轍形成的三個(gè)階段：

1.1瀝青混合料的后續(xù)壓實(shí)

瀝青混合料的再次碾壓成型前是有骨料、瀝青、膠結(jié)材料組成的松散混合物，經(jīng)過碾壓后，高溫下處于半流動(dòng)態(tài)的瀝青及由瀝青與礦粉組成的膠漿被擠進(jìn)礦料間隙中，同時(shí)骨料被強(qiáng)力排擠成具有一定骨架的結(jié)構(gòu)。碾壓完畢交付使用后，瀝青混合料在初期階段，在汽車荷載的作用下進(jìn)一步壓實(shí)，形成微量的永久變形，如果壓實(shí)效果好，這一變形可以忽略不計(jì)。

1.2瀝青混合料的流動(dòng)變形

在高溫及車轍荷載作用下，瀝青混合料中得自由瀝青及瀝青與礦料形成的瀝青膠漿會(huì)首先流動(dòng)，從而引發(fā)瀝青混合料的流動(dòng)變形，混合料網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生失穩(wěn)，這部分半固態(tài)物質(zhì)除部分填充于混合料空隙外，還將隨瀝青混合料自由流動(dòng)，從而使路面受載處被壓縮而變形。

1.3瀝青混合料的結(jié)構(gòu)性失穩(wěn)變形

處于半固態(tài)的瀝青混合料，由于瀝青及膠漿在荷載及高溫作用下首先流動(dòng)，混合料中粗、細(xì)料組成的骨架逐漸成為荷載主要承擔(dān)者，隨著溫度的升高或荷載的增大，在加上瀝青的潤滑作用，硬度較大的礦料顆粒在荷載直接作用下會(huì)沿礦料間接觸面滑動(dòng)，促使瀝青及膠漿向富集區(qū)流動(dòng)，導(dǎo)致瀝青混合料的結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性，特別是當(dāng)骨料間瀝青及膠漿過多時(shí)，這一過程更明顯，也往往產(chǎn)生較大的流動(dòng)變形。

2 提高車轍的影響因素

影響瀝青路面車轍的因素包括路面結(jié)構(gòu)材料、材料性能及組成、施工質(zhì)量（內(nèi)在因素）；交通荷載條件、氣候條件，水文地質(zhì)條件及路線縱坡等（外在因素）。

路面結(jié)構(gòu)材料：

2.1改性瀝青

SBS改性瀝青是一種在目前廣泛使用的改性瀝青，它具有較好的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性；與其基質(zhì)瀝青相比，其高溫粘度增大，軟化點(diǎn)升高；在良好的設(shè)計(jì)配合比和施工條件下，瀝青路面的耐久性和高溫穩(wěn)定性明顯提高。SBS改性瀝青在高等級(jí)公路及其它道路上的應(yīng)用，顯著提高了路面的使用性能，大幅度延長了路面的使用壽命。

改型瀝青作為一種新型路面膠結(jié)材料，以其良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和出色的粘附性、耐疲勞性能，受到業(yè)內(nèi)人士的高度重視。在一些氣候條件惡劣、交通量大或一些政治經(jīng)濟(jì)特別重要的路段，當(dāng)使用普通重交通道路瀝青不能滿足使用要求時(shí)，采用改性瀝青則是較為有效的對(duì)策。

改性瀝青的效果比較好，但存在瀝青與改性劑的相容性問題，為了達(dá)到更高的抗車轍性能，需要高劑量的改性劑，而高劑量的改性劑難以在瀝青中分散均勻，而且在運(yùn)輸途中和儲(chǔ)存過程中會(huì)出現(xiàn)改性劑與瀝青的分層離析，其性能反而不如基質(zhì)瀝青，另存在成本較高的問題。

瀝青路面所用基質(zhì)瀝青為SK-90瀝青，根據(jù)《公路瀝青與瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)其進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)檢驗(yàn)。采用SK-90基質(zhì)瀝青各項(xiàng)指標(biāo)均滿足現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

但是，現(xiàn)行規(guī)范主要控制指標(biāo)、改性瀝青工藝主要控制參數(shù)是否使改性瀝青的技術(shù)性質(zhì)發(fā)揮到最好水平，這些技術(shù)參數(shù)變化對(duì)瀝青混合料技術(shù)性質(zhì)影響有多大，有時(shí)所使用的改性瀝青各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，但其所鋪筑路面的路用性能不盡人意，甚至不及未改性瀝青路面，諸如此類相關(guān)問題說明如何控制、提高改性瀝青質(zhì)量；如何選擇改性瀝青技術(shù)參數(shù)，還存在許多值得研究的問題。

對(duì)于組成確定的混合料，其車轍性能取決于瀝青的粘度。對(duì)于高溫與低溫兼有的地區(qū)，為使瀝青混合料具有必要的耐高溫變形能力、同時(shí)瀝青應(yīng)有較高的軟化點(diǎn)。嚴(yán)格控制瀝青的合理用量是很關(guān)鍵的，瀝青混合料的力學(xué)性能在溫度、級(jí)配等不變的情況下，瀝青用量的大小對(duì)于馬歇爾穩(wěn)定度的影響較大，瀝青混合料的瀝青用量必須嚴(yán)格按照馬歇爾試驗(yàn)指標(biāo)，并綜合考慮氣候條件、交通類型、公路等級(jí)等因素，同時(shí)進(jìn)行混合料的殘留穩(wěn)定度檢驗(yàn)，并對(duì)擬定的配合比進(jìn)行車轍試驗(yàn)，合理確定最佳瀝青用量。瀝青用量過小會(huì)使瀝青不足以裹覆礦料的全部比表面積或雖全部裹覆但瀝青膜太薄，使礦料間的粘結(jié)力降低，動(dòng)穩(wěn)定度下降。

總之在施工中必須控制好基質(zhì)瀝青的質(zhì)量、改性瀝青的加工過程、及其成品改性瀝青的質(zhì)量。

2.2集料

集料特性在瀝青混合料抵抗高溫變形方面起著重要作用，集料的特性包括粗集料的棱角性、細(xì)集料的棱角性、針片狀顆粒、壓碎值、磨耗性等，他們對(duì)瀝青混合料的骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有重要的影響。粗細(xì)集料的棱角性尤其是粗集料的棱角性越好，集料形成的骨架結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。礦料所形成的骨架及嵌擠力是瀝青混合料抵抗變形能力的基礎(chǔ)，因此接近立方體，抗壓、耐磨性強(qiáng)的礦料采用合理的級(jí)配，是瀝青混合料抗車轍的關(guān)鍵所在。

扁平細(xì)長顆粒含量太大，會(huì)再碾壓過程中較早壓碎，導(dǎo)致級(jí)配退化，從而降低粗集料之間的相互嵌索能力降低混合料的路用性能。瀝青混凝土的空隙率隨扁平細(xì)長顆粒含量的增長而增加，空隙率增加會(huì)降低混合料的密度和礦料的間隙率VMA，瀝青混凝土中針片狀含量增大會(huì)降低瀝青混合料的穩(wěn)定性和疲勞壽命，增加空隙率、粗集料破碎量，導(dǎo)致級(jí)配退化。為此在級(jí)配設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格控制集料質(zhì)量。

（1）集料的生產(chǎn)技術(shù)控制。1）料源控制：覆蓋層薄、開采容易、選擇向陽面；2）源石的處理：①分區(qū)堆放；②除雜處理。3）集料的生產(chǎn)設(shè)備控制：用于道路瀝青面層的碎石集料應(yīng)具有良好的顆粒形狀，選用反擊式破碎機(jī)破碎，有條件采用碎石整形機(jī)提高集料的棱角性。4）設(shè)置除土設(shè)備：①防止集料的粉塵含量；②破碎機(jī)口宜采用人工喂料；③要防止山皮分化料；④要有隔土的篩孔；⑤在一級(jí)顎破下方設(shè)置除塵篩。5）杜絕碎石場混料現(xiàn)象，發(fā)生混堆，亂倒現(xiàn)象，采取停止進(jìn)料

（2）礦質(zhì)的選擇。1）選用反擊式破碎加工的碎石，不采用顎式破碎單機(jī)加工生產(chǎn)的碎石；2）側(cè)重品種：黑山口碎石場較多，規(guī)格品種較多，在大范圍調(diào)查的基礎(chǔ)上，按照設(shè)計(jì)文件規(guī)定的上下面層采用玄武巖，通過品種淘汰一些料源；3）側(cè)重主要指標(biāo)：粗集料應(yīng)潔凈、表面粗糙、無分化、無雜質(zhì)且根據(jù)對(duì)規(guī)格、壓碎值、針片狀、磨耗、磨光等主要指標(biāo)的要求，在淘汰一些料源；4）全面試驗(yàn)：對(duì)篩選后的料源全面性能試驗(yàn)檢測比較，最終確定料場；5）調(diào)整碎石場振動(dòng)篩，最大篩孔適當(dāng)放小2-3mm，以增加中間集料，使級(jí)配更接近骨架密實(shí)，提高混合料動(dòng)穩(wěn)定度。

（3）瀝青拌合場的場區(qū)控制。1）料場全部采用水泥砼硬化，不同規(guī)格之間設(shè)置1.5米的隔檔；2）備料過程中，分層、逐層堆放，減少從高處往下倒料，產(chǎn)生碎石的離析現(xiàn)象；3）不同細(xì)集料分檔堆放，按比例逐倉上料，避免應(yīng)某種細(xì)集料偏細(xì)或偏粗影響瀝青混合料密度等各項(xiàng)指標(biāo)。

（4）集料的粘附性。粘附性是衡量瀝青與礦料裹覆后的剝落情況，它取決于瀝青與礦料的種類。瀝青與堿性石料的粘附性好于酸性石料，對(duì)同一標(biāo)號(hào)的瀝青，其粘附性的好壞直接影響車轍試驗(yàn)的結(jié)果，粘附性好動(dòng)穩(wěn)定度高，粘附性差動(dòng)穩(wěn)定度低。

（5）集料試驗(yàn)結(jié)果。項(xiàng)目碎石采用玄武巖，項(xiàng)指標(biāo)均滿足現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》的要求。

3 礦粉

在瀝青混合料中，瀝青和填料以及集料中0.15mm以下顆粒共同形成瀝青膠漿裹覆在集料表面，起著粘附粗、細(xì)集料顆粒，使瀝青混合料凝聚在一起的作用。瀝青只有吸附在礦粉表面形成膠漿才能與其他粗、細(xì)集料產(chǎn)生吸附和粘結(jié)作用，形成具有一定強(qiáng)度和變形能力的瀝青混合料。因此，雖然礦粉的用量在瀝青混合料中所占的比重并不大，但其與瀝青形成的瀝青膠漿卻是影響混合料性能的關(guān)鍵因素。瀝青膠漿中瀝青與礦粉的相對(duì)比例影響著瀝青膠漿的性質(zhì)，進(jìn)而影響著瀝青混合料的高溫、低溫等路用性能

礦粉作為瀝青混合料中得一種材料，用量只占4-10%，但其表面積卻占瀝青混合料的總表面積的80%以上，礦粉通過交互作用，增加結(jié)構(gòu)瀝青的數(shù)量，提高瀝青混合料的粘結(jié)力，同時(shí)礦粉對(duì)提高瀝青混合料的抗剪切能力起特殊作用，形成較強(qiáng)的瀝青膜，大大提高了瀝青的粘聚力，降低了瀝青混合料的空隙率，因而減少了自由瀝青的含量，因此減少路面的泛油，提高車轍能力。

4 瀝青混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)

（1）級(jí)配是集料大小顆粒的搭配情況，是影響瀝青混合料空隙率的重要指標(biāo)，對(duì)于組成確定的瀝青混合料，高溫車轍能力依靠集料的嵌擠能力，為了發(fā)揮粗集料的嵌擠作用，必須采用緊密嵌擠的混合料，礦料級(jí)配對(duì)車轍影響較大，過粗或過細(xì)都會(huì)使穩(wěn)定度下降，過粗會(huì)使空隙率增大，礦料間的穩(wěn)定性下降而導(dǎo)致動(dòng)穩(wěn)定度降低。過細(xì)使細(xì)集料增加，粗骨料減少，形成懸浮結(jié)構(gòu)，也使動(dòng)穩(wěn)定度下降。對(duì)于密級(jí)配瀝青混合料而言，增大集料粒徑對(duì)提高車轍能力有一定的效果，混合料中過多的增加粗骨料，如果級(jí)配不好，空隙率增大，使混合料穩(wěn)定性差，容易形成車轍。

（2）目前在瀝青混合料生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)中，級(jí)配選用基本上沿用目標(biāo)配合比進(jìn)行調(diào)整，在來驗(yàn)證目標(biāo)及生產(chǎn)配合比得合理性。

（3）生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)。

（4）合理確定瀝青用量。1）隨著瀝青含量的增加，其毛體積相對(duì)密度均呈先增大后減小的趨勢(shì)，對(duì)于不同類型的瀝青混合料與其毛體積相對(duì)密度最大值對(duì)應(yīng)的瀝青用量不同；2）隨著混合料中瀝青用量的增加，其流值呈不斷增大趨勢(shì)，這是因?yàn)楫?dāng)瀝青混合料中得瀝青用量超過最佳后，混合料中富裕的瀝青不但起不到粘結(jié)骨料的作用，反而充當(dāng)骨料間的潤滑劑，加速了礦料間顆粒間的滑移；3）瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度則隨著瀝青用量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)；4）根據(jù)馬歇爾各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范的前提下，合理確定最佳油石比；5）經(jīng)過標(biāo)定、調(diào)試拌合樓能夠達(dá)到預(yù)期的目的，通過微調(diào)使級(jí)配與生產(chǎn)配合比基本上接近。

（5）攤鋪均勻程度及碾壓次數(shù)的影響。壓實(shí)度不足和超載是影響瀝青路面高溫性能車轍的重要因素，但往往由于攤鋪的不均勻性，導(dǎo)致在規(guī)定壓實(shí)變數(shù)的情況下，造成瀝青混合料的空隙率有所偏差的現(xiàn)象較為常見，攤鋪不均勻造成瀝青路面的壓實(shí)度存在不均勻性，形成局部的性能薄弱，夏季高溫季節(jié)，在車輛動(dòng)荷載的作用下，極易產(chǎn)生車轍。所以必須選擇好攤鋪和碾壓的機(jī)具，合理安排，提高路面的均勻性。

5 結(jié)語

（1）提高車轍能力必須加強(qiáng)控制改性瀝青的質(zhì)量及SBS改性劑的摻量；（2）必須合理的設(shè)計(jì)級(jí)配，增加集料中粗骨料（粒徑≥4.75mm）及礦粉的用量，減少細(xì)集料的用量，以便充分發(fā)揮瀝青混合料的嵌擠作用，從而改善瀝青混合料的車轍能力；（3）確定合理的瀝青含量；（4）嚴(yán)格控制壓實(shí)功，避免壓實(shí)功過大或過小造成瀝青路面車轍能力的下降；（5）控制好拌合設(shè)備的稱量，保證混合料級(jí)配與生產(chǎn)吻合。

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