瀝青混凝土路面的高溫穩定性研究

南海濤

摘 要：在使用過程中，瀝青路面最突出的病害就是因高溫低頻帶來的車轍病害。文章經過詳細調研，分別從車轍的類型、形成過程、影響因素入手對車轍進行介紹，并根據室內試驗和現場施工經驗提出了提升瀝青混凝土路面車轍的防治措施，為受車轍病害困擾的瀝青路面鋪筑工作提供借鑒。

關鍵詞：瀝青混凝土路面;高溫穩定性;車轍

中圖分類號：U416 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）10-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.10.047

20世紀70年代末，美國各州公路局進行了一項調查統計，在被調查的44條主要公路中，有13條公路因車轍受損。日本則有80%以上的公路損壞是由車轍造成的。對于我國的高等級公路來說，道路交通量的快速增長、高速公路上重型車輛比例的不斷增加、車輛超載超限等問題嚴重破壞了瀝青混凝土路面，甚至在路面使用早期就產生了車轍現象。

1 車轍的形成過程

車轍的出現主要是由于交通荷載產生的剪切應力，路面層材料失穩，導致路面橫向位移或沉陷。車轍的產生嚴重影響行車舒適性和安全性。在高速駛過車轍時，車身會劇烈震蕩，影響司機對車輛的操控。雨雪天氣時，路面低槽處易積水，導致抗滑性降低，有可能導致車輛失穩，最終造成交通事故[1]。

車轍的形成過程比較復雜，受到各種力的影響，可將其簡單劃分為壓密、壓密穩定、剪切破壞三個階段。施工時，由于瀝青混凝土油石比選用不當、拌和時間或溫度不符合要求、設備老化陳舊、路面壓實度不滿足要求等原因，路面面層的初始孔隙率偏大，在車輛荷載的長期作用下，孔隙減小，形成壓密形變。瀝青混凝土路面在高溫環境下往往會出現瀝青軟化、粘聚力及內摩擦角減小的現象，經過車輛的不斷作用，會使瀝青混合料出現剪切破壞，使路面產生流動變形，形成車轍。

車轍是道路交叉口較為普遍的病害，多發于高溫季節，溫度是主導因素。道路交叉口黑褐色的瀝青路面具有較強的吸熱性，尤其在夏天，隨著日照時間延長，路面形成巨大的溫度場，大范圍熱量聚集導致瀝青混凝土路面處于持續高溫狀態，加之行車荷載的作用，部分材料流動變形，車轍病害隨之顯現。

2 瀝青混凝土路面車轍影響因素

2.1 路面結構

瀝青路面類型和路面厚度的不同組合與路面車轍密切相關。同一種材料用于不同路面結構，其性能也不同。路面結構類型的選擇和路面結構層組合的合理性對路面的高溫穩定性有很大影響[2]。瀝青路面厚度與公路等級、交通量、瀝青類型有關，應根據交通量大小及材料的力學性能和機械的擴散能力綜合選擇基層和底基層的厚度。瀝青路面結構等級的合理選擇是整個路面結構經濟合理的關鍵，也是整個路面結構能否在設計使用壽命內承受各種荷載和自然因素的關鍵。

2.2 外部因素

我國路面設計中車輪的標準荷載為（0.7±0.05）MPa，但道路運行中超載現象普遍存在，隨著荷載的增加，車轍問題日趨嚴重。因此，車輛在道路行駛過程中必須嚴格控制超載，并適當提高設計要求。車轍室內試驗溫度通常為（60±0.5）℃，但是我國南北溫差較大，必然會導致動力穩定性的差異。隨著溫度升高，瀝青黏度降低，抗蠕變性降低，在外力作用下，動力穩定性會降低，車轍變形增大。因此，高溫下瀝青路面容易產生車轍。

車轍與瀝青路面的路線設計、結構組成、交通條件和環境密切相關。在設計方面，縱坡越長，越容易在夏季高溫季節造成車轍。就結構組成而言，應做好透層、密封層、粘貼層各道工序，確保基層與面層、面層與面層連接良好，形成穩定的整體。在交通和環境方面，車轍的影響主要體現在超載車輛過多和低速上坡行駛[3]。因此，在公路施工前，應充分考慮一切不利因素，采取相應措施減少或延緩車轍形成。

2.3 礦物材料

瀝青混合料的抗車轍性能受多方面因素影響，其中約60%源于礦質集料，剩余40%則與瀝青的黏結性能密切相關。由于原材料采購不規范、質量控制不到位、用量不合理等情況的存在，導致瀝青混合料的性能大幅下降，其高溫抗車轍能力遠達不到預期要求，后續在外部因素的誘發下容易變形。

礦物集料的表面紋理、形狀、針狀含量以及集料與瀝青的粘附性都能影響瀝青混合料的高溫穩定性。針狀顆粒含量低、形狀粗糙、接近立方體表面形狀的礦物集料容易形成骨架嵌布結構，有利于提高瀝青混合料的抗車轍能力。

礦料級配對瀝青混合料抗車轍能力的影響也很大，增加礦料的粒徑并不能提高路面的抗車轍能力。由于可以在礦料之間形成良好的骨架，并降低空隙率，良好合理的級配有助于提高瀝青混合料的高溫穩定性。

為增加瀝青與集料之間的附著力，減少水損害，應使用中性或堿性石料代替酸性石料，必要時可加入抗剝落劑或石灰、水泥等填料，增加骨料附著力。雖然瀝青混合料中填料用量很少，但其作用不容忽視，它能分散瀝青混合料中形成的瀝青膜，將其包裹在礦料表面，增強礦料之間的粘附性。

2.4 瀝青類型和用量

不同類型和用量的瀝青會影響瀝青混合料的性能。不同品種和類型的瀝青具有不同的混合料性能。根據氣候條件，應選擇針入度小、軟化點高、延度高、黏度高的改性瀝青，其高溫穩定性好[4]。

瀝青用量會影響瀝青混合料的骨架嵌擠效果，對瀝青混合料抗車轍能力起重要作用，在實際施工過程中，應嚴格控制瀝青用量。隨著瀝青含量的增加，瀝青混合料的穩定性降低，流動值增加，動力穩定性降低，瀝青混合料的抗車轍能力明顯降低。這說明瀝青混合料中瀝青含量對抗車轍能力有顯著影響。當瀝青含量較小時，瀝青和瀝青砂漿不足以填充混合料中的空隙，導致混合料壓實不足。當瀝青含量過大時，游離瀝青會削弱礦料之間的嵌擠力，降低瀝青混合料的內摩擦，夏季容易產生溢油，導致瀝青混合料變形形成車轍。

3 減少瀝青混凝土路面車轍的優化措施

3.1 選擇合適的瀝青

應選用黏度高、粘結力強、軟化點高、含蠟量相對較低的改性瀝青，并控制好瀝青用量。瀝青與集料的粘附性是評價瀝青性能的重要指標，它影響著瀝青路面的使用性能和耐久性。在基質瀝青中加入樹脂聚合物和橡膠聚合物，能夠改善瀝青性能，提高瀝青的高溫穩定性和低溫抗裂性。例如，在基質瀝青中加入苯乙烯共聚物SBS，可以提高瀝青的溫度性能、拉伸性能、彈性、粘聚性能、混合料的穩定性、耐老化性能等。

3.2 選擇合適粒徑的集料

集料應有棱角容易在合成級配中形成嵌固狀態。瀝青混合料中粗集料之間的鑲嵌可以提高瀝青路面的高溫穩定性，這也取決于集料的壓碎值、顆粒形狀和棱角性[5]。粗骨料形狀一般接近立方體，無明顯分層，表面粗糙，內摩擦角增大。同時合理調整優化礦料級配，使礦料級配變為S形，適當增加粗集料用量，保證集料之間的嵌固，以增加瀝青混合料的抗變形能力，提高高溫抗車轍能力。

3.3 適當提高粉膠比

在瀝青混合料中適當的增加粉膠比，尤其是在SMA瀝青混合料中，礦粉的用量更多，隨著礦粉用量的增加，混合料的孔隙率減小，動穩定性有所提高。如果瀝青面層之間黏結不好，有水滲入層間會使瀝青路面受力狀態發生改變，在重載作用下很容易產生推移、擁包，最終導致路面破壞。所以，一定要確保粘層油的灑布量和灑布的均勻性，使瀝青面層與面層之間形成一個有機的整體。

3.4 現場施工質量控制

在現場施工中，必須控制好瀝青混凝土的均勻性和壓實度。瀝青混凝土的均勻性應從拌和—運輸—攤鋪—碾壓全過程進行控制，壓實度也是質量控制的關鍵指標，能滿足設計和規范要求。一般在施工現場應合理控制壓實機械的數量和碾壓次數，提高壓實要求。場地孔隙率和透水性是否滿足規范要求也是造成車轍的重要因素。空隙率一般控制在3%～6%，以提高混合物的水密性[6]。

4 結語

綜上所述，為提高瀝青混凝土路面車轍能力，應選用黏度高、粘聚力強、軟化點高的改性瀝青，對于集料應選用壓碎值高、表面粗糙、棱角性好的集料，配合比設計過程中要優化礦料級配使礦料級配成S形走向，形成密實骨架結構。同時，通過不斷學習新技術、新材料、新工藝、新設備的知識，盡可能減少車轍問題，延長道路的使用壽命。

參考文獻

[1] 史永翔.城市道路交叉口車轍處置措施分析[J].建材與裝飾，2020（13）：276，279.

[2] 王惠.城市道路瀝青路面病害的成因分析及對策研究[J].建筑技術開發，2020，47（8）：138-139.

[3] 薛長娟.公路路面常見病害及日常養護措施分析[J].中外企業家，2020（21）：232.

[4] 郭治統.高速公路車轍病害分析及對策[J].中國新技術新產品，2020（15）：103-104.

[5] 秦雯.淺談瀝青路面常見病害及處治措施[J].百科論壇電子雜志，2020（8）：1246-1247.

[6] 董雪山.探析高速公路路面病害成因及養護技術措施[J].人民交通，2020（9）：76，78.