瀝青混合料高溫特性及其影響因素

摘 要：我國大多數地區夏季溫度都很高，最高溫度可達四十多度，由于瀝青路面吸收陽光紫外線的作用，實際反映到路面的溫度可到接近六十多度。通過衡量瀝青路面的溫度特性尤其是高溫穩定性十分迫切。瀝青路面的高溫穩定性指抵抗荷載下車重大小的能力，文章論述了瀝青混合料在高溫下的幾種損壞類型、產生這些病害的成因，并提出防治高溫車轍的出現及采取的相應的對策來減小或避免高溫病害。

關鍵詞：瀝青混合料；高溫特性；影響因素

1 概述

瀝青路面直接作用于行車荷載大小及各種自然因素的影響，瀝青混合料的各種物理以及力學性質也受到各種自然因素的影響（包括溫度的高低、含水量的多少、陽光的輻射等）受氣候因素與時間因素等），瀝青混合料的溫度特性包括高溫穩定性、低溫抗裂性[1，2]。瀝青混合料面的抵抗破壞及抵抗變形的能力與溫度有直接的關系，隨著溫度升高而減小，為了能使瀝青路面在高溫環境影響下，仍然具有良好的高溫路用性能。不因行車荷載作用而產生各種車轍、推移、等病害，一般評價瀝青混合料的高溫性能是在室內實驗室采用車轍指標來衡量其在荷載作用下抵抗變形的能力[3，5]。

2 破壞類型

通常指在高溫環境下、慢速加載情況下及抵抗水平剪應力能力弱時，或者說低勁度模量下的瀝青路面。破壞類型通常有一項幾種：（1）推移、擁包等類型破壞：通常指由于瀝青混合料的剪應力大小不能夠抵抗橫向水平車輛荷載力導致的破壞，這種破壞多半出現在表處、貫入、路拌中低級瀝青路面（如瀝青表面處治、瀝青貫入式等類型路面）的平交道口和縱坡較陡的坡段。（2）車轍：對于分車道行駛道路類型的瀝青路面而言，高溫穩定性不足用車轍指標來衡量。隨著重載交通量的增大，對于行車荷載作用下的瀝青類路面，將產生車轍病害（塑形變形不斷增加的結果），車轍的大量出現會嚴重影響路面的使用性能，尤其是路面的平整度；車轍的出現致使瀝青面層厚度不均勻，影響層間結合及結構的整體性能，同時車轍的出現直接導致車轍處雨水的聚集，雨水不能得到及時的排除，水膜的形成導致路面的抗滑性能不足，也影響了在高速、超載超車及變向時的安全行車、使用壽命和服務質量的降低。（3）泛油：因瀝青含量過高或瀝青混合料間隙過小，在行車荷載作用下，瀝青混合料不斷加密、間隙不斷減小，致使瀝青暴漏在瀝青混合料外表面的現象。這種破壞會使瀝青路面出現光滑而使其抗滑性能降低，其實是在環境濕度大情況下更加弱化瀝青路面抗滑性能。高溫會使瀝青路面加劇泛油的出現，優選高品質瀝青會減小泛油的出現，如高粘度和高軟化點的瀝青。

3 形成原因

根據車轍成因，可分為以下幾種類型：（1）不穩定型。車轍主要類型是不穩定型車轍。這種類型的車轍是因為行車荷載作用下，瀝青粘度不足以使瀝青混合料穩定，或因環境溫度過高，使其產生其瀝青混合料的流動，最終導致瀝青混合料橫向移動。在行車荷載作用下出現不穩定型車轍。（2）結構型。結構性車轍主要由于瀝青路面整體結構在行車荷載作用下產生不可恢復的變形所致。從結構層次上來看，結構型車轍是由最底層的土基變形而逐層傳遞到墊層、底基層、基層，最后傳遞到瀝青路面面層。（3）磨耗型。瀝青路面面層在行車荷載反復碾壓及汽車車輪胎磨損和各種環境破壞影響下反復地損磨耗而形成，對于車輛輪胎安裝了具有防滑功能的防滑鏈和抗滑釘，發生車轍的概率更大。

以上三種車轍類型中，不穩定型車轍危害最大，結構型車轍危害最小。目前我國瀝青類路面結構中，絕大多數路面結構采用無機結合料類型的基礎，因此很少能發生結構型車轍，多數情況下的車轍屬于不穩定型。

車轍的產生大致可分為以下幾個階段：（1）最初的逐漸加密階段。瀝青混合料是由固態，氣態和液態三種物體組成，其中固體材料報道瀝青和各種集料組成，氣態包括結構物孔隙間的空氣，液態包括孔隙間的自由水組成，瀝青混合料拌合好但沒有經過壓實前是處于松散狀態，中間存在大量孔隙，密實度小，強度低，只有在溫度高于140°經過室內壓實機壓實或現場碾壓設備碾壓后，瀝青混合料的密實度處于最大，孔隙最小，強度最大，才能承受行車荷載的作用，滿足使用要求。（2）高溫下的不穩定的瀝青混合料。瀝青混合料在環境溫度較時處于粘稠的不穩定狀態，在行車荷載下，瀝青在高溫下處于不穩定的流動狀態，因此使得瀝青混合料整體結構處于不穩定狀態。在行車荷載反復作用下，不穩定的瀝青混合料將會產生車轍，推移等破壞。（3）集料。在環境溫度較高時，瀝青混合料處于失穩狀態，不僅瀝青因高溫會產生流動，瀝青混合料中的集料也會因瀝青的移動而失穩，這種狀態對于瀝青含量偏多時尤為突出。

凡是影響瀝青混合料路用性能的各種因素對車轍都會產生影響，這些因素包括：瀝青和各種集料的性質、瀝青混合的級配類型、行車荷載大小、各種自然因素的影響等：（1）瀝青。優選高品質的中交通優質稠油瀝青可是保證瀝青路面路用性能的重要環節。高品質瀝青包括高的粘度、較小的感溫性、較小的針入度和較大的軟化點等指標。（2）集料。礦質集料對瀝青混合料高溫性能的影響，主要體現在集料與與瀝青之間嵌擠、裹附及間隙大小等作用，還包括瀝青與集料相互作用的性質、集料中礦粉的加入，之間相互吸附能力大小對提高瀝青混合料高溫穩定性，抵抗行車荷載作用下的變形能力至關重要。礦粉的加入會顯著提高比表面積，提高瀝青與集料的粘附性。（3）瀝青混合料塑性。瀝青混合料在行車荷載作用下不可恢復變形的能力即為塑性。塑性對瀝青混合料的路用性能，尤其是抗壓強度和抗剪應力有直接的關系：塑性變形能力越差，瀝青混合料的抗剪應力和抗壓強度越低，在高溫環境下變形越大。塑性指標與瀝青混合料的類型（開級配或閉級配）以及瀝青與礦粉的用量有關。選用開級配類型的瀝青碎石路面比選用閉級配的細粒式的瀝青混凝土路面會顯著降低塑形，提高抗剪強度。（4）混合料中空隙率、礦料間隙率。瀝青路面在實際使用中，受到行車荷載的反復作用后，其瀝青混合料中空隙率會隨著行車荷載的反復作用而減少，導致抵抗高溫下的變形能力的下降。有關資料分析結果表明，無論瀝青針入度和粘度的大小如何，只要空隙率的大小和車轍、推擠等破壞有直接的關系，大的空隙率（大于6%的瀝青混合料）基本不出現上述破壞，而能夠保證其高溫下的足夠穩定性，而剩余空隙率小于3%的瀝青混合料卻會出現較嚴重的車轍、推擠等破壞。

4 車轍的控制與防治

縱觀歷史，瀝青路面的設計經歷了從單純的強度指標，到綜合的耐用性、功能性多指標組合設計的過程。車轍指標也是其中之一。瀝青路面的車轍控制指標有路基頂面容許豎向應變、瀝青面層容許永久變形和車轍大小。針對影響轍槽深度的主要因素，可采用下列措施來防治或減輕瀝青路面的轍槽：（1）選用針入度指數及針入度低的瀝青。（2）選用高粘度、高軟化點和低含蠟量的瀝青。（3）選用SBS等對瀝青進行改性。

參考文獻

[1]劉玉龍，王旭，李洪峰.粉膠比對瀝青混合料路用性能影響的試驗研究[J].森林工程，2014，30（3）：111-115.

[2]劉文俊.連續級配橡膠顆粒瀝青混合料抗剝落性能研究[J].森林工程，2014，30（4）：127-130.

[3]潘寶峰.道路路基與路面工程[M].大連：大連理工大學出版社，2009，8.

[4]鐘陽.路基路面工程[M].哈爾濱：哈爾濱大學出版社，2010，4.

[5]黃勇生，項新里.排水瀝青混合料試驗研究[J].國外公路，2001，2（1）.