瀝青混合料的路用性質及損害

吳棱峰，何雨軒

(長安大學,陜西 西安 710061)

我國瀝青工業正處于迅猛發展中，瀝青路面因其良好的路用性能與性價比被大量應用于市政道路和城市間的干線高速公路，其具有良好的路用性質并且可以機械化施工并快速開放交通，同時養護成本較低便于施工再利用。但是隨著路面車輛荷載增加以及氣溫的變化增加，瀝青路面因為其溫度敏感性較高且易老化的缺點逐漸被熱拌瀝青混合料所取代。

1 瀝 青

瀝青主要是由石油煉制而成，通常包括四組分。通過對按照25 ℃針入度指標進行瀝青分級，即可為后續瀝青混合料的配合提供基礎。此外瀝青的路用性能可以通過三大指標：針入度，軟化點，延度來進行表示。

2 瀝青混合料材料構成

按照級配類型可以分可將瀝青混合料的結構為三種：骨架密實型，骨架空隙型、懸浮密實型。

(1)骨架密實型為間斷型級配礦料，因其缺少中等大小的礦料從而形成的混合料密實度較好，高溫穩定性好但施工和易性較差。

(2)骨架空隙型為連續型開級配礦料，其組成全部為大粒徑集料，因此內摩阻力較高，高溫穩定性較好但因集料空隙較大粘聚力較低、耐久性差，不利于路面的長期使用，易發生離析現象，需要頻繁的進行養護。

(3)懸浮密實型為連續型密級配礦料，大粒徑集料產生的空隙可以有中、小粒徑集料進行填空，與瀝青結合緊密，具有較好的耐高溫性能，但因其結合緊密內摩阻力較小，易產生車轍、擁包等不良現象。同時施工和易性主要受材料性質和外界環境影響。

通過瀝青與各種礦質成分的組成，瀝青混合料同時具備了瀝青與集料的優點，其中瀝青主要起裹附、膠結的作用。通過瀝青與礦料的膠結可以顯著提升瀝青混合料的粘結，當礦粉顆粒被結構瀝青包裹，粒間為結構瀝青聯結，粒間粘結力較大；當礦粉顆粒被結構瀝青包裹，粒間為自由瀝青聯結，則其粘結力較小。

瀝青用量也應該保持在適度的范圍內，當瀝青過多時，會產生自由瀝青，瀝青起到潤滑作用，從而降低粘附性；當瀝青過少時，礦質顆粒無法充分被瀝青裹附。所以只有當瀝青用量適中時，才會得到施工和易性最好的瀝青混合料，不會產生縱裂、橫裂、龜裂等現象。

瀝青混合料中的集料，當其顆粒越細，表面積越大，與瀝青產生膠結作用的表面積愈大，在集料表面會形成薄薄的瀝青表面膜，從而產生粘結能力，形成的結構瀝青組分所占瀝青混合料比重越大，瀝青混合料的粘聚力也愈高。可以通過增加礦粉來增加礦料表面積大小，從而使瀝青膜更均勻面積更大，保證瀝青混合料有足夠的粘結力。

集料的各項物理性質例如密度，粒徑與粗糙程度也會對瀝青混合料的路用性能產生影響，當集料所用石砂的表面含有較為豐富的棱角即集料較為粗糙時，集料會因嵌合程度不好增大表面積，瀝青膜相對較薄，表面比較粗糙，其間的內摩阻力大，可以避免路面泛油、磨光。

3 地區差異導致的氣候變化對瀝青路面的影響

在較冷地區應該選用針入度大，敏感性低的瀝青，從而避免因溫度過低造成瀝青混合料在攤鋪過程中施工和易性差；在較熱地區應選用針入度小，軟化點較高的瀝青，從而避免瀝青路面因吸熱導致溫度過高，粘稠度下降的不良影響，造成車轍等病害。

4 幾種會發生的瀝青路面破壞類型

4.1 永久變形

大多數的永久變形破壞例如車轍，搓板等，其外因可以解釋為超過設計指標的荷載與異常的高溫。而內因取決于瀝青混合料路面采用的材料，混合料使用的結構類型等。以車轍為例，車轍出現一定程度上路面說明了路面的高溫穩定性不好，但也有可能出現磨耗型車轍這樣由于冬季埋釘輪胎而產生的路面磨損。而接結構型車轍就是典型的由于路面高溫穩定性差而導致在高溫下路面各層強度降低小于荷載作用，使瀝青面層以下結構層發生變形。高溫穩定性差也會使路面抗剪強度降低產生流動變形在長時間的積累后形成車轍，在車轍的一側路面隆起產生擁包。為了檢測瀝青混合料的高溫穩定性，我們一般采用較為傳統的兩種試驗方法即馬歇爾試驗和輪轍試驗。

4.2 裂縫

路面的瀝青混合料在鑄成后可以被看成為一個有著巨大質量的整體，路面整體中結構應力并不同，在低溫時發生收縮會導致承受結構應力大的部分在溫度應力的作用下產生裂縫。在溫度較低時瀝青路面變形能力會下降，瀝青勁度系數變小使抗裂性降低。而評價瀝青混合料的方法可分為預估開裂溫度，評價低溫變形能力與松弛能力的方法及評價斷裂能的方法。例如直接拉伸試驗，試驗原理即用傳感器測出試件隨溫度變化的應力變化以及抗拉強度的變化，通過測得數據我們能直接得到路面的溫度應力與抗拉強度關于溫度的曲線交點。而普遍應用的低溫玩去試驗則更直接，在-10 ℃的條件下以50 mm每分鐘的速度對試件進行破壞并記錄下破壞強度與破壞應變的關系。

4.3 水損害

瀝青混合料路面由于水浸蝕或凍融作用使瀝青組分在集料表面被磨耗掉造成顆粒松散，使集料直接暴露在表面致使路面損耗嚴重，松散的部分被機動車磨損帶走形成了瀝青膜剝落，而剝落進一步向路面深層發展形成坑槽，而此時路面的損害就已經很嚴重了。出現這些損害的外因即路面荷載過大導致路面易被破壞，而雨水較多浸蝕與凍融頻發等。內因則是瀝青混合料粘附性差致使水穩定性差。對于我國北方區域例如東北地區由于冬天時間長降雪多凍融作用明顯，所以在選擇瀝青路面的結構類型時不能選擇孔隙率大的結構，否則在冬天路面的開裂現象將會很嚴重。

4.4 表面功能衰減

瀝青混合料路面的抗滑性下降會體現出表面功能衰減，可能會產生的現象有磨光與泛油，磨光是指路面表層在經過大量的磨損后導致表面摩擦系數降低使路面變得光滑，降低了道路的安全性。而作為判斷的依據我們采用測量摩擦系數的方法，用擺式儀直接測出路面的摩擦系數，并通過比較摩擦系數來判表面功能的強弱。而泛油現象則是指瀝青路面中的自由瀝青過多導致在溫度升高時膨脹從瀝青混凝土的縫隙中滲出到路面表層，產生泛油現象的原因大多數是在進行配比或施工拌和時設計加入了過多瀝青組分。在表面功能衰減后瀝青路面的抗滑性會有大幅度的下降給行車安全帶來了極多的不穩定因素。

4.5 瀝青路面的疲勞現象

路面材料在荷載的作用下，在低于靜態極限強度時被破壞，我們稱其為疲勞。疲勞強度是衡量疲勞破壞程度的指標。對于材料的抗疲勞性能的評定一般采用環道試驗和加速加載試驗或在室內采用3分點加載小梁疲勞試驗。

4.6 瀝青路面的老化現象

我們將瀝青的老化現象根據施工時現場情況的不同分為不同的時間階段對應以不同的需求。當瀝青路面材料老化后，瀝青面會發生龜裂甚至塌陷，我們一般將瀝青的老化分成短期老化和長期老化，短期老化指瀝青在運輸與儲存中的老化，瀝青混合料在拌和過程中的熱老化及拌和后施工期的老化。而對于短期老化我們無法直接測量混合料的性能，但我們可以采用測量瀝青的抗老化性能來間接的體現瀝青混合料的性能，測量瀝青的短期老化性能采用的是TFOT或RTFOT試驗，而測量長期老化則來判斷瀝青的老化程度則用PAV與DTFOT試驗。

5 瀝青混和料的施工和易性問題

施工和易性是指混和料在攪拌、澆灌等階段中便于操作，能使其保持均勻而不發生離析的性能。對于混合料的要求是不離析、易密實且瀝青膜的裹覆良好，施工和易性取決于原材料性質即瀝青與集料的性質，混合料性質即混合料的集配、瀝青用量等，以及各種外因例如氣溫與施工條件。

6 結 語

目前我國交通行業迅速發展，我國的公路建設速度有了很大程度上的提高，相較于以往的單一運輸方式現在的交通運輸方式多種多樣，但伴隨著車輛噸位的提高與車流量的顯著增加，我國瀝青路面公路的路面破壞逐漸嚴重并且瀝青路面的壽命日益縮短。道路材料技術急需進一步的革新進化，提升瀝青路面的性能與經濟性已經成為現代交通運輸行業的重要需求。