對提高瀝青混凝土路面強度問題的幾點思考

崔艷龍

摘 要：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，以期達到提高瀝青路面的使用品質和耐久性的目的。

關鍵詞：摩阻力粘聚力；結構瀝青；吸附

當前世界各國公路大多采用瀝青混凝土路面，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：養護費用成本較高，使用期限短，耐久性差。由于建設施工期間選料、施工工藝控制不當，將會加劇瀝青路面的破壞。因此，認識瀝青混合料（包括瀝青混凝土）路面強度形成機理以期達到提高瀝青路面的使用品質和耐久性的目的尤為重要。

（一）瀝青混合料（包括瀝青混凝土）是由礦質骨架和瀝青膠結物所構成的、具有空間網絡結構的一種多相分散系。

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

礦料之間的嵌擠力與內摩阻力的大小，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成原則的不同可分為下列3種方式：

a懸浮密實結構：由連續級配礦質混合料組成的密實混合料，各種級配連續存在，同一檔較大顆粒都被較小一檔顆粒擠開，大顆粒以懸浮狀態處于較小顆粒之中。這種結構通常按最佳級配原理進行設計，密實度與強度較高，水穩定性好，但受瀝青的性質和物理狀態影響較大，溫度穩定性較差。傳統的I型和Ⅱ型瀝青混凝土（AC）屬于此類型結構。

b骨架空隙結構：較粗顆粒礦料彼此緊密相連，較細集料數量較少，不足以充分填充空隙，其空隙率大。這種結構中，骨料的之間的內摩阻力和嵌擠力起著重要作用，受瀝青的性質和物理狀態影響較小，溫度穩定性好，水穩定性差。抗滑表層（AK）、瀝青碎石（AM）屬于此類型結構。

c骨架密實結構：是綜合以上兩種方式組成的結構。混合料中既有一定數量的粗骨料形成骨架，又根據粗骨料的空隙的多少加入一定細料，形成較高的密實度。間斷級配及按此原理構成，碎石瀝青膠砂混凝土（SMA）、多碎石瀝青混凝土（SAC）、薄瀝青混凝土（BBM）、Superpawe（SPP）屬于此類型結構。此類型結構對材料級配及各施工環節工藝控制要求很嚴格。

（二）粘聚力主要取決于瀝青與礦料之間的相互作用力、瀝青材料本身的粘結力。

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

瀝青與礦料接觸后，瀝青在礦料表面產生化學組分的重新排列，在礦料表面形成一層擴散結構膜，在此薄膜厚度以內的瀝青稱為結構瀝青，此薄膜以外的瀝青稱為自由瀝青。結構瀝青與礦料之間發生相互作用并且瀝青性質有所改變；而自由瀝青與礦料距離較遠，沒有與礦料發生相互作用，并保持原來的性質。

石油瀝青的化學組分主要有瀝青酸、瀝青酸酐、油分、樹脂、瀝青質、瀝青碳和似碳物等組分。瀝青與礦料相互作用時發生多種效應，主要有瀝青層被礦物表面物理吸附、瀝青與礦料進行的化學吸附、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生物理吸附，物理吸附形成的結構瀝青膜遇水易剝落。瀝青中的酸性物質（如瀝青酸、瀝青酸酑）與堿性礦料在接觸面上會發生化學變化，在接觸面形成不溶于水的瀝青酸鹽，這時發生的是化學吸附。化學吸附形成的結構瀝青膜具有較高的抗水能力。也只有產生化學吸附，瀝青混合料才能具備良好的水穩定性。

化學吸附產生與否以及吸附程度取決于瀝青及礦料的化學成分。瀝青中最活性組分瀝青酸屬于高分子羧基酸，其極性部分為羧基（COOH），羧基中的氫能與堿性石料中的高價金屬陽離子交換，形成不溶于水卻能溶于高分子碳氫化合物和油分中間的高價瀝青酸鹽。瀝青分子以分子力與巖石中的陰離子（如CO3-2）部分相互作用。瀝青酸羧基中的氫與石料中的低價金屬陽離子交換，形成的瀝青酸鹽則易溶于水。

瀝青混凝土中填加礦粉的作用是以裹附與礦粉表面的結構瀝青填充礦料之間的空隙，有利于增大瀝青混合料的粘著力和水穩定性。礦粉一般采用磨細石灰石粉，也可采用一部分磨細消石灰粉或失效水泥代替礦粉。有時拌和樓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，主要產生于表面具有微孔（1L隙直徑小于0.02mm）的礦料，如石灰巖、泥灰巖等，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，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管被吸收到礦料內部。選擇吸附的結果是瀝青性質發生變化，樹脂和油分相對減少，瀝青質和瀝青酸相對增加，瀝青變稠，粘結力增加，熱穩定性和水穩定性得到提高，抗低溫和疲勞裂縫能力下降。

（三）提高瀝青混合料的強度包括兩個方面：一是提高礦質骨料之間的嵌擠力與摩阻力，二是提高瀝青與礦料之間的粘結力。

1、選用材質堅固、表面粗糙、形狀方正、有棱角的石料，提高礦質骨料之間的嵌擠力與摩阻力。優先使用堿性石料，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定性。

3、經多方案進行試驗、比選，選擇合適的礦粉，并確定合理用量，增加混合料中結構瀝青含量。礦粉用量過多則需要相應增加拌和時間，否則難于拌勻，易結團，一般取規范規定范圍內中值。

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，進而改善瀝青混凝土工作性質。

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產品的結論，應通過周密的試驗設計來進行篩選。

綜上所述，結合瀝青混凝土路面強度形成機理，結合多年工作實踐的體驗應注意以下幾個要點：瀝青面層結構混合料類型要合理，宜選用粒徑較小、空隙也小的級配混合料；設計與路段實際厚度情況要要相符、不宜過大避免造成窩工；影響工期，質量；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，應避免補強路段的強度補強后彎沉大于設計值，造成新路強度不足、早期破壞嚴重；嚴格對原材料的控制，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，會使路面早期出現推擁、油包、松散、坑槽；施工機械設備陳舊、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，否則會出現壓不實、推移、發生微裂；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；補強松鋪系數要控制好，不要導制二次補強層、因二次補強層，無法與下基層緊密連接，易松散、坑槽、網裂。建議補加層用油砂代；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，初期養護更為重要；嚴格按基本建設程序辦事，認真作好施工管理、質量管理；杜絕無路面施工經驗、無路面設備和技術力量的施工隊伍承擔路面施工及監理有職無權、無法嚴格監理、不按施工技術規范要求施工，趕工期搞獻禮工程。這樣一定可以加強瀝青混凝土路面的強度，從而達到更大效益追求。