瀝青混合料高溫穩定性影響因素研究

史 荒

(黑龍江農墾總局紅興隆管理局交通運輸局)

1 概 述

隨著經濟的快速增長，我國公路建設取得了較快發展，在建成的高速公路中，絕大部分是瀝青路面，與此同時，經濟的發展帶來了車輛的大型化及車輛交通的渠化使得我國高速公路瀝青路面在高溫條件下產生車轍，車轍形成不僅會導致路面積水，厚度減薄，還直接影響行車的舒適性和平穩性，因此有必要對瀝青混合料高溫性能影響因素進行研究，達到減少車轍提高瀝青路面使用壽命的目的。

2 高溫性能影響因素

瀝青混合料是有集料、礦粉、瀝青組成的多相各向異性材料，其強度形成主要依靠集料之間的擠嵌作用和瀝青對集料的粘結作用，但高溫時瀝青呈粘性流動狀態，粘結力降低，使得混合料變軟，荷載作用下導致材料容易產生永久性變形。

2.1 影響高溫穩定性內因

(1)混合料級配組成

混合料級配組成決定了礦料顆粒間嵌擠力的大小及混合料密實程度，直接影響混合料的高溫穩定性。研究表明，在最佳瀝青含量時，中粒式瀝青混凝土車轍最小，細粒式次之，粗粒式車轍最大WestTrack 環道試驗也得出了相似的結論，因此形成骨架結構和保證混合料壓實過程中能達到密實是保證混合料高溫穩定性關鍵，而不是單純增加集料直徑所能解決的。一般認為4.75 mm 篩孔通過率是影響瀝青混合料結構組成形態的重要因素。

(2)原材料性質

瀝青混合料由瀝青、集料和礦粉混合組成，顯然，這些材料的物理力學特性將程度不同地影響到瀝青混合料的各種路用性能。一般來說選擇優質的材料能顯著地提高瀝青混合料的抗車轍能力。

瀝青對混合料的抗車轍能力有很大影響，一是瀝青標號直接影響高溫穩定性，瀝青的高溫粘度越大，抗高溫變形能力越強;二是瀝青與礦料之間的粘附性，粘附性好，則混合料不易松散，更加容易壓實成型，提高路面材料整體性。

通常情況下，破碎、紋理粗糙、多棱角、顆粒接近立方體的集料，相應的瀝青混合料的高溫穩定性就比較好。礦物集料的表面紋理、孔隙結構影響礦料之間擠嵌能力、瀝青用量、結構瀝青層厚度，而這些因素都能影響瀝青混合料高溫穩定性。

(3)瀝青用量

對于瀝青混合料設計，最佳瀝青用量對于混合料拌合、壓實、長期使用性能都有顯著影響，尤其是對混合料高溫性能的影響。瀝青用量過小，不足以裹覆集料，導致混合料松散，瀝青用量過高，自由瀝青含量過高，粘結性差，高溫容易產生泛油和流動性車轍，采用最佳瀝青用量，保證一定的空隙率，高溫時使瀝青有足夠的膨脹空間，不易泛油，并且形成結構瀝青層，保證粘結性。

(4)空隙率

空隙率隨著瀝青用量增加不斷減小，減小空隙率能保證混合料密實，減少水損害，當空隙率小于某一臨界值后，繼續減小空隙率，會使得混合料內部沒有足夠的孔隙來吸收材料的流動部分，必然造成混合料外部的整體變形，從而形成車轍。當選擇混合料空隙率過高時，提高其密實度可增加骨料間的接觸壓力，從而提高路面抗車轍能力，相應地瀝青和礦粉用量也要增加，從而又削弱其抗車轍能力。大量實驗表明:各種級配的混合料在最佳瀝青含量時，隨空隙率的增大車轍均有所增加。

2.2 影響高溫穩定性外因

(1)荷載作用大小

車輛超載加快路面的損壞，在不同的軸載作用下，重軸載作用產生的車轍較輕軸載大得多，軸載超過1 倍，其車轍要達到10 ～15 倍。

(2)荷載作用時間

在長大縱坡上坡路段，由于車輛行駛速度慢，荷載作用時間長，瀝青混合料是粘彈性材料，根據瀝青混合料時溫等效原理，荷載長時間作用與升高溫度有相同效果，尤其是重車慢行，更容易導致車轍。高溫時，加之荷載長時間作用，對高溫穩定性有更不利影響，有資料表明:道路交叉口停車點的車轍通常為正常行駛路段的2 倍到5 倍。

(3)施工質量控制

施工中原材料的離散性將降低瀝青混合料的高溫穩定性，因此嚴格控制施工過程中材料均勻性，保證施工與設計混合料一致性，對減少車轍，提高高溫穩定性有較大幫助。瀝青混合料壓實不夠，空隙率明顯增大，荷載作用下容易變形，動穩定度顯著降低，因此，壓實對提高瀝青混合料高溫穩定性同樣非常重要。

3 提高高溫穩定性措施

(1)采用合適的混合料類型

由于SMA 是由粗集料形成骨架，細集料、礦粉、瀝青形成瑪蹄脂填充粗集料形成空隙中，由于骨架結構的穩定性，因此普遍認為，SMA 優良的高溫穩定性能源于混合料的粗集料骨架，而瀝青結合料對高溫穩定性的貢獻相對較小。由于SMA 瀝青混合料中加入纖維，纖維的加入使瀝青混合料高溫性能明顯提高，縱橫交錯的纖維能吸附瀝青，增大結構瀝青比例，減少自由瀝青比例，提高粘結力，并且能使瀝青與礦粉形成的膠團適當的分散，增加混合料均勻性，提高施工質量，從而提高高溫穩定性。

(2)采用改性瀝青

研究人員在提高瀝青混合料路用性能的探索中發現，用改性瀝青鋪筑的瀝青路面具有良好的抗永久變形能力和分散應力作用特性，可以有效增強路面的抗病害能力，提高瀝青路面的使用性能。

4 結 論

本文分析了瀝青混合料高溫性能的影響因素，包括內因和外因，以及提出瀝青混合料高溫性能的改善措施，為減少高溫車轍提高路面使用壽命提供依據。

［1］張登良. 瀝青及瀝青混合料［M］.北京:人民交通出版社，1993.

［2］柔性路面結構設計方法［M］.北京:人民交通出版社，2012.