淺析瀝青混合料強度形成機理

摘要：文章著重分析瀝青混凝土強度形成機理，研討提高混合料強度的措施，以期達(dá)到提高瀝青路面的使用品質(zhì)和耐久性的目的。

關(guān)鍵詞：瀝青混合料強度；形成機理；瀝青路面

中圖分類號：U414文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-1145(2009)09-0129-02

2008年下半年受公路局委托由我公司承建109國道黑馬河至格爾木段550千米的路基路面整治工程，其中路面結(jié)構(gòu)主要是由瀝青混合料組成的，其原因是由于它具有諸多良好性能。但同時瀝青路面相對于水泥混凝土路面的缺點是：養(yǎng)護(hù)費用成本較高，使用期限短，耐久性差。由于建設(shè)施工期間選料、施工工藝控制不當(dāng)，將會加劇瀝青路面的破壞。為此許多路面出現(xiàn)了不少的病害，因此，認(rèn)識瀝青混合料路面強度形成機理以期達(dá)到提高瀝青路面的使用品質(zhì)和耐久性的目的尤為重要。

一、瀝青混合料是由礦質(zhì)骨架和瀝青膠結(jié)物所構(gòu)成的、具有空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種多相分散系

瀝青混合料的強度由兩部分組成：礦料之間的嵌擠力與內(nèi)摩阻力、瀝青與礦料之間的黏聚力。就對瀝青混凝土強度形成機理以及混合料強度措施進(jìn)行探討，從而達(dá)到瀝青路面使用品質(zhì)和耐久性的目的。

礦料之間的嵌擠力與內(nèi)摩阻力的大小，主要取決于礦料的級配、尺寸均勻度、顆粒形狀、表面粗糙度和瀝青含量。

瀝青混合料按級配構(gòu)成原則的不同可分為下列3種方式：a．懸浮密實結(jié)構(gòu)：由連續(xù)級配礦質(zhì)混合料組成的密實混合料，各種級配連續(xù)存在，同一擋較大顆粒都被較小一擋顆粒擠開，大顆粒以懸浮狀態(tài)處于較小顆粒之中。這種結(jié)構(gòu)通常按最佳級配原理進(jìn)行設(shè)計，密實度與強度較高，水穩(wěn)定性好，但受瀝青的性質(zhì)和物理狀態(tài)影響較大，溫度穩(wěn)定性較差。傳統(tǒng)的I型和Ⅱ型瀝青混凝土(AC)屬于此類型結(jié)構(gòu)。b．骨架空隙結(jié)構(gòu)：較粗顆粒礦料彼此緊密相連，較細(xì)集料數(shù)量較少，不足以充分填充空隙，其空隙率大。這種結(jié)構(gòu)中，骨料的之間的內(nèi)摩阻力和嵌擠力起著重要作用，受瀝青的性質(zhì)和物理狀態(tài)影響較小，溫度穩(wěn)定性好，水穩(wěn)定性差。抗滑表層(AK)、瀝青碎石(AM)屬于此類型結(jié)構(gòu)。C．骨架密實結(jié)構(gòu)：是綜合以上兩種方式組成的結(jié)構(gòu)。混合料中既有一定數(shù)量的粗骨料形成骨架，又根據(jù)粗骨料空隙的多少加入一定細(xì)料，形成較高的密實度。

二、黏聚力主要取決于瀝青與礦料之間的相互作用力、瀝青材料本身的黏結(jié)力

瀝青與礦料之間的相互作用是瀝青混合料結(jié)構(gòu)形成的決定性因素，它直接關(guān)系到混合料的強度、溫度穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性及老化速度等一系列重要性能。

瀝青與礦料接觸后，瀝青在礦料表面產(chǎn)生化學(xué)組分的重新排列，在礦料表面形成一層擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜，在此薄膜厚度以內(nèi)的瀝青稱為結(jié)構(gòu)瀝青，此薄膜以外的瀝青稱為自由瀝青。

石油瀝青的化學(xué)組分主要有瀝青酸、瀝青酸酐、油分、樹脂、瀝青質(zhì)、瀝青碳和似碳物等組分。瀝青與礦料相互作用時發(fā)生多種效應(yīng)，主要有瀝青層被礦物表面物理吸附、瀝青與礦料進(jìn)行的化學(xué)吸附、某些種類礦料對瀝青組分的選擇性吸附。

礦料與瀝青之間僅有分子作用力存在時則產(chǎn)生物理吸附，物理吸附形成的結(jié)構(gòu)瀝青膜遇水易剝落。瀝青中的酸性物質(zhì)(如瀝青酸、瀝青酸酐)與堿性礦料在接觸面上會發(fā)生化學(xué)變化，在接觸面形成不溶于水的瀝青酸鹽，這時發(fā)生的是化學(xué)吸附。化學(xué)吸附形成的結(jié)構(gòu)瀝青膜具有較高的抗水能力。也只有產(chǎn)生化學(xué)吸附，瀝青混合料才能具備良好的水穩(wěn)定性。瀝青混凝土中填加礦粉的作用是以裹附與礦粉表面的結(jié)構(gòu)瀝青填充礦料之間的空隙，有利于增大瀝青混合料的黏著力和水穩(wěn)定性。礦粉一般采用磨細(xì)石灰石粉，也可采用一部分磨細(xì)硝石灰粉或失效水泥代替礦粉。有時拌和后會將一部分回收粉塵摻入混凝土中作為替代。

礦料對瀝青組分的選擇性吸附作用，主要產(chǎn)生于表面具有微孔(間隙直徑小于0.02mm)的礦料，如石灰?guī)r、泥灰?guī)r等，微孔具有強大的吸附勢能。礦料表面吸附瀝青中活性較高的瀝青質(zhì)，樹脂吸附于礦料表面小孔中，而分子量較小的油分則沿毛細(xì)管被吸收到礦料內(nèi)部。選擇吸附的結(jié)果是瀝青性質(zhì)發(fā)生變化，樹脂和油分相對減少，瀝青質(zhì)和瀝青酸相對增加，瀝青變稠，粘結(jié)力增加，熱穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性得到提高，抗低溫和疲勞裂縫能力下降。

三、提高瀝青混合料的強度

一是提高礦質(zhì)骨料之間的嵌擠力與摩阻力，二是提高瀝青與礦料之間的黏結(jié)力。

1．選用材質(zhì)堅固、表面粗糙、形狀方正、有棱角的石料，提高礦質(zhì)骨料之間的嵌擠力與摩阻力。優(yōu)先使用堿性石料，缺乏堿性石料，可使用中性玄武巖、安山巖、輝綠巖。

2．選擇空隙率最低的礦料級配，以降低自由瀝青含量。完善拌和與壓實工藝可大大提高混合料嵌擠力和水穩(wěn)定性。

3．經(jīng)多方案進(jìn)行試驗、比選，選擇合適的礦粉，并確定合理用量，增加混合料中結(jié)構(gòu)瀝青含量。礦粉用量過多則需要相應(yīng)增加拌和時間，否則難于拌勻，易結(jié)團(tuán)，一般取規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)中值。

4．通過在瀝青中添加高聚物改性劑(如熱塑性彈性體類SBS、橡膠類3BR)或碳黑、硅粉等改性劑改善瀝青性質(zhì)，進(jìn)而改善瀝青混凝土工作性質(zhì)。

5．可使用抗剝落劑，但抗剝落劑品種較多，性能不同，要慎重選擇。添加抗剝落劑能改善和提高瀝青混合料抗水損害能力，但抗剝落劑對集料和瀝青有選擇性。因此，不能輕易得出某種抗剝落劑不好或是劣質(zhì)產(chǎn)品的結(jié)論，應(yīng)通過周密的試驗設(shè)計來進(jìn)行篩選。

四、結(jié)語

綜上所述，結(jié)合瀝青混凝土路面強度形成機理，結(jié)合多年工作實踐的體驗應(yīng)注意以下幾個要點：瀝青面層結(jié)構(gòu)混合料類型要合理，宜選用粒徑較小、空隙也小的級配混合料；設(shè)計與路段實際厚度情況要相符、不宜過大避免造成窩工；影響工期，質(zhì)量；補強段的路面厚度要實際，不能憑空想象草草了事，特別是舊路的狀況，應(yīng)避免補強路段的強度補強后彎沉大于設(shè)計值，造成新路強度不足、早期破壞嚴(yán)重；嚴(yán)格對原材料的控制，如果對混合料的配合比控制不夠，特別是配料和瀝清用量不準(zhǔn)，會使路面早期出現(xiàn)推擁、油包、松散、坑槽；施工機械設(shè)備陳舊、不配套、會使混合料的配合比、計量、拌和均勻性、壓實度、平整度受影響；瀝青混合料加熱過高、拌和時瀝青被礦料的高溫灼焦、瀝青老化、路面強度不足、產(chǎn)生松散、坑槽；碾壓溫度不宜過高、要注意掌握碾壓溫度，否則會出現(xiàn)壓不實、推移、發(fā)生微裂；底基層、基層、路面表層要清除干凈、對浮土、浮灰、浮砂如清除不干凈，在雨水作用下被行車擠壓易造成變軟及波及面層；補強松鋪系數(shù)要控制好，不要導(dǎo)制二次補強層、因二次補強層，無法與下基層緊密連接，易松散、坑槽、網(wǎng)裂。建議補加層用油砂(即茌料)代；在行車作用下的小面積松散、坑槽、特別是采用層鋪法施工和貫入式路面和表面處治，初期養(yǎng)護(hù)更為重要；嚴(yán)格按基本建設(shè)程序辦事，認(rèn)真做好施工管理、質(zhì)量管理；杜絕無路面施工經(jīng)驗、無路面沒備和技術(shù)力量的施工隊伍承擔(dān)路面施工及監(jiān)理有職無權(quán)，無法嚴(yán)格監(jiān)理，不按施工技術(shù)規(guī)范要求施工，趕工期搞獻(xiàn)禮工程。這樣一定可以加強瀝青混凝土路面的強度，從而達(dá)到更大效益追求。

參考文獻(xiàn)

[1]景彥平．瀝青結(jié)構(gòu)及高聚物改性瀝青機理研究[J]．長安大學(xué)，2006，(1)．

作者簡介：白金明(1965-)。青海省海西公路建設(shè)公司工程師。研究方向：公路工程施工。