瀝青路面的溫度穩(wěn)定性與改善措施

摘要:瀝青路面在我國的公路道路中，無論在用途上，還是在數(shù)量上都占有極其重要的地位，所以對(duì)瀝青及其混合料的進(jìn)一步研究，以修筑性能優(yōu)良的瀝青路面越來越受到研究者的重視，如何提高瀝青路面的使用性能已成為道路工作者的重要課題。本文從瀝青混合料的溫度性能等方面闡述了瀝青路面的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性，及其病害和改善措施。

關(guān)鍵詞:瀝青路面 高溫穩(wěn)定性 低溫抗裂性 改善措施

1 前言

瀝青是高分子碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘?氧、氮、硫等)衍生物組成的及其復(fù)雜的混合物，在常溫下呈黑色或黑褐色的固體、半固體或液態(tài)狀態(tài)。瀝青混合料是用具有一定黏度和適當(dāng)用量的瀝青材料與一定級(jí)配的礦物集料，經(jīng)過充分拌合形成的混合物。將這種混合物加以攤鋪、碾壓成型，即成為各種類型的瀝青路面。瀝青混合料作為瀝青路面材料，在使用過程中要承受行使車輛荷載的反復(fù)作用，以及環(huán)境因素的長期影響。所以瀝青混合料在具備一定的承受能力的同時(shí)，還必須具備良好的抵抗自然因素作用的耐久性。也就是說，要能表現(xiàn)出足夠的高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性、低溫狀況下的抗裂性、良好的水穩(wěn)定性、持久的抗老化性和利于安全的抗滑性等特點(diǎn)，以保證瀝青路面良好的服務(wù)功能。

2 瀝青混合料高溫穩(wěn)定性

瀝青混合料有高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、水穩(wěn)定性等技術(shù)特性，其中高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性是影響瀝青路面的主要因素。

瀝青混合料高溫穩(wěn)定性，是指瀝青混合料在夏季高溫(通常為路表溫度60℃)條件下，經(jīng)荷載車輛長期重復(fù)作用后，不產(chǎn)生車轍、推移、波浪、擁包、泛油等病害的性能。

2.1 高溫穩(wěn)定性病害及原因

2.1.1 推移、擁包 推移、擁包主要是由于瀝青混合料路面在水平荷載作用下抗剪強(qiáng)度不足所引起的。導(dǎo)致此類瀝青混合料抗剪強(qiáng)度不足的內(nèi)在原因主要有:混合料用油量過大，細(xì)集料或填料過多，瀝青標(biāo)號(hào)選擇不合適，在瀝青混合料鋪筑之前表面平整度差，上下層間光滑接觸，無層間黏結(jié)力等，實(shí)際的原因則是其中一種或數(shù)種原因的共同作用。其外界原因可能是夏季高溫時(shí)間長、交通量大、車速慢，特別是剎車較多的路段，易產(chǎn)生推移、擁包等。

2.1.2 泛油 泛油是指瀝青混合料內(nèi)部多余的瀝青在車輛荷載作用下向?yàn)r青路面表面遷移的結(jié)果。泛油的主要原因是瀝青用量過大或壓實(shí)瀝青混合料的殘留空隙率太小。

2.1.3 車轍 車轍是路面行車道輪跡帶在車輛反復(fù)荷載作用下形成的永久下陷變形的累積結(jié)果。車轍的產(chǎn)生會(huì)嚴(yán)重影響瀝青混合料路面的服務(wù)質(zhì)量和使用壽命。

2.2 影響瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的因素 影響瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的因素可歸納為內(nèi)在因素和外部條件。內(nèi)在因素主要反映在材料本身的質(zhì)量上，如瀝青的用量，瀝青的黏度，礦料的級(jí)配，礦料的尺寸、形態(tài)以及瀝青混合料攤鋪面積等;而外部條件則主要包括氣候條件和交通條件，當(dāng)外部條件與材料本身的內(nèi)在因素結(jié)合在一起時(shí)就會(huì)對(duì)瀝青路面產(chǎn)生綜合影響。

2.3 瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的改善措施 由于瀝青路面高溫穩(wěn)定性不足出現(xiàn)的車轍不僅影響行車的舒適性和快速性，而且影響行車的安全性。改善瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性應(yīng)針對(duì)下面這些因素采取相應(yīng)的措施。

2.3.1 材料 ①集料:集料應(yīng)首選高質(zhì)量的集料，特別是表面兩層瀝青混合料，應(yīng)采用堅(jiān)硬、表面粗糙、破催、顆粒接近立方體的集料。②瀝青結(jié)合料:有關(guān)研究認(rèn)為，就瀝青對(duì)瀝青混合料高溫性能的影響來說，瀝青含量的影響可能比瀝青本身特性的影響更重要，對(duì)于細(xì)粒式或中粒式密級(jí)配瀝青混合料，適當(dāng)減少瀝青用量有利于抗車轍，在考慮抗車轍因素時(shí)應(yīng)綜合考慮級(jí)配、集料對(duì)瀝青的吸收性、集料與瀝青間的粘聚力、混合料的空隙率等。

2.3.2 設(shè)計(jì) ①級(jí)配:集料級(jí)配對(duì)瀝青混合料的高溫行能也是一個(gè)非常重要的影響因素，較粗的級(jí)配有較好的抗車轍能力，但不容易控制，而且級(jí)配過粗反而影響其高溫穩(wěn)定性，相比之下，密級(jí)配的瀝青混合料抗車轍性能較開級(jí)配混合料更加穩(wěn)定一些。②混合料:在進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)時(shí)，可有意識(shí)地按較多的重載車輛、較大的軸載、較高的輪胎氣壓進(jìn)行瀝青混合料的設(shè)計(jì)于試驗(yàn)室驗(yàn)證。③施工:瀝青路面施工應(yīng)針對(duì)不同的混合料采用不同的施工方法，除了把握好材料質(zhì)量關(guān)以外，最重要的還有兩點(diǎn):一是施工溫度，包括拌和、攤鋪溫度等;二是壓實(shí)，碾壓次數(shù)不能過多或過少，適當(dāng)?shù)哪雺耗塬@得最滿意的效果。

3 瀝青混合料的低溫抗裂性

低溫抗裂性是指瀝青混合料不出現(xiàn)低溫脆化、低溫縮裂、溫度疲勞等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致出現(xiàn)低溫裂縫的性能。

3.1 瀝青路面低溫下的裂縫類型

3.1.1 橫向收縮裂縫 位于路面面層的瀝青混合料結(jié)構(gòu)層，直接受到氣溫變化的影響，待溫度應(yīng)力積累到超過瀝青混合料的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，路面就將出現(xiàn)裂縫，以便將應(yīng)力釋放出去。另外，接近表面的瀝青比內(nèi)部瀝青更易老化。瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變小，應(yīng)力松馳性變差，也是容易產(chǎn)生裂縫的一個(gè)重要因素。

3.1.2 溫度疲勞裂縫 產(chǎn)生低溫裂縫的瀝青混凝土層，春天氣溫回升時(shí)裂縫彌合，到了冬天，瀝青混凝土層再次出現(xiàn)收縮，若基層摩擦力小，在實(shí)際收縮時(shí)，裂縫就變寬了，若基層摩擦力大，瀝青混合料不會(huì)收縮，但會(huì)產(chǎn)生新的裂縫，裂縫數(shù)量也將增加。這是由于溫度疲勞的作用造成的。

3.1.3 反射裂縫 在我國，還存在第三種模式的裂縫，那就是由于水泥、石灰、粉煤灰穩(wěn)定類的半剛性基層的收縮中，或者已經(jīng)開裂了的半剛性基層在裂縫部位的應(yīng)力集中與瀝青面層的低溫收縮、荷載作用產(chǎn)生的綜合作用，使溫度裂縫較多地產(chǎn)生。這些裂縫實(shí)際上是溫縮裂縫和半剛性基層收縮裂縫的反射裂縫的反射性裂縫的綜合裂縫。

3.1.4 凍縮裂縫 凍縮裂縫主要是路基凍脹及收縮產(chǎn)生的開裂。這種裂縫在路面與路肩交界處最常見。

3.2 影響瀝青混合料低溫抗裂性的因素 影響瀝青混合料低溫抗裂性的主要因素有:材料特性如瀝青的感溫性、感時(shí)性、老化性能等，路面結(jié)構(gòu)幾何尺寸如面層的厚度等，氣溫等環(huán)境因素如溫差等。

3.3 瀝青混合料低溫抗裂性的改善措施 混凝土的低溫變形能力在很大程度上取決于瀝青材料的低溫性質(zhì)、瀝青與礦料的粘結(jié)強(qiáng)度、級(jí)配類型以及瀝青混合料的均勻性。應(yīng)從設(shè)計(jì)與施工兩個(gè)方面來進(jìn)行考慮。

3.3.1 設(shè)計(jì)方面 ①在進(jìn)行半剛性路面設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)選用抗沖刷性能好、干縮系數(shù)和溫縮系數(shù)小、抗拉強(qiáng)度高的半剛性材料做基層。②選用松弛性能好的優(yōu)質(zhì)瀝青做瀝青面層。在缺少優(yōu)質(zhì)瀝青的情況下，應(yīng)采取改善瀝青性質(zhì)的措施。③為進(jìn)一步提高表面層抗溫度裂縫性能，可采用橡膠瀝青或聚合物瀝青在瀝青混凝土表面做一封層。④設(shè)置應(yīng)力消減的中間層。

3.3.2 施工方面 ①嚴(yán)格控制半剛性基層施工碾壓時(shí)的含水量，其不能超過壓實(shí)需要的最佳含水量或控制在施工規(guī)范容許的范圍內(nèi)。②半剛性基層碾壓完成后或最遲在養(yǎng)生結(jié)束后應(yīng)立即用乳化瀝青做透層或封層。③透層或粘層完成后，應(yīng)盡快鋪筑瀝青面層。

4 結(jié)語

瀝青混合料是一種典型的粘—彈性材料，它的承受能力或模量隨著溫度的變化而改變。瀝青混合料不僅應(yīng)具有高溫的穩(wěn)定性，同時(shí)還要具有低溫的抗裂性，以保證路面在冬季低溫時(shí)不產(chǎn)生裂縫。目前國內(nèi)外都已經(jīng)注意到混合料開裂的嚴(yán)重性，并從瀝青路面的橫縫調(diào)查入手，進(jìn)行了研究。這已引起了我國道路工作者的普遍關(guān)注，相信日后一定會(huì)找到解決的方法。

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