瀝青路面耐久性影響因素及改善措施

摘 要：為合理提升瀝青路面耐久性，需要對其影響因素與改善措施進行詳細分析。通過分析瀝青路面使用案例，整理相關研究資料，研究瀝青路面耐久性相關的內容。瀝青路面耐久性受到瀝青與礦料質量、混合料配合比、溫度與疲勞等因素累加影響，需要通過瀝青混合料改性、優化混合料配比、升級施工工藝等方式進行改善，通過定向化的改善措施，可以有效提升瀝青路面的耐久性。

關鍵詞：瀝青路面；耐久性；影響因素；改善措施

中圖分類號：U416? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）12-0104-03

0 引言

瀝青路面的耐久性直接影響行車安全，因此有必要對瀝青路面耐久性進行全面研究。本文先分析瀝青路面耐久性的研究價值，再整理相關影響因素，最后從實際應用角度，提供若干改善措施。希望可以為更多瀝青路面建設單位提供思考方向，提升交通系統安全性，為地區經濟發展貢獻力量。

1 瀝青路面耐久性的重要性

瀝青路面可以提供較為舒適的行車體驗，不會產生過大的噪聲。相較于其他類型的路面，瀝青路面在后續養護中不需要花費過多時間，是現代交通系統建設的重要組成部分。

如果瀝青路面的耐久性低于設計指標，將使瀝青路面對于溫度、荷載等因素的抵抗性能下降，有較大概率會出現車轍、裂縫等病害，嚴重影響行車安全，降低交通系統的實用性。

因此，分析瀝青路面耐久性影響因素，提出具有可行性的改善措施，合理提升瀝青路面的耐久性，提高各地交通系統建設綜合水平[1]。

2 瀝青路面耐久性影響因素

2.1 內部影響因素

瀝青與礦料的質量影響著瀝青混合料性質。普通瀝青材料無法滿足瀝青道路的使用需求，若想合理提升瀝青路面的耐久性，就需要提高瀝青使用質量。

使用含蠟量較高、延度偏小的瀝青，會導致瀝青路面的表層結構穩定性偏弱，容易出現橫向裂縫，使得抗車轍性能下降。

礦料質量不合適更會導致瀝青路面頻繁出現破損病害。礦料中的碎石各項數值不符合使用標準時，會造成瀝青混合料穩定性能下降，容易出現剝落現象。對此，可通過優化瀝青混合料性能的方式，對瀝青路面施工建設質量進行改進。

混合料配合比不合理也會導致瀝青路面耐久性偏低。可以使用Marshall Mix Design，確認各種物料的使用比例。當瀝青擁有較大粘度，骨料擁有良好親油性與抗磨型，礦粉擁有較高吸油性時，瀝青混合料的熱穩定性能就會更好。

瀝青混合料配合比時，需要重點關注其在高溫條件下的穩定性與低溫條件下的抗裂性。盡管Marshall Mix Design擁有較為精密的試驗過程，但在試驗中，可能會受到人為、環境等因素影響，這就需要對瀝青混合料配合比進行全程控制。

在室內條件下設計的瀝青混合料配合比，不能作為瀝青路面施工建設的最終配合比使用，需要根據機械設備使用性能、各種材料實際質量，做預先試拌處理后，對設計的瀝青混合料配合比進行調整。確認瀝青混合料質量達到瀝青路面施工建設標準后，才能根據瀝青混合料配合比批量化制作瀝青混合料[2]。

2.2 外部影響因素

2.2.1 溫度變化

在瀝青路面受到持續的低溫、高溫影響時，形成的溫度應變無法得到有效處理，由此造成瀝青路面局部區域呈現松弛化，形成相應的內應力。在局部區域的內應力大于抗拉強度時，則會出現瀝青路面開裂病害。

2.2.2 水損害

在通常情況下瀝青和礦料會有較為緊密的粘結效果，但是在長期潮濕環境因素影響下，粘結效果會被削弱。如果瀝青道路車流量較大，會對已經削弱粘結效果的瀝青路面造成更大的荷載影響，使瀝青和礦料的粘結效果進一步下降，導致瀝青路面會出現例如車轍、剝落等病害。

2.2.3 瀝青老化

在瀝青道路使用過程中，瀝青組分會持續性揮發，在氧氣、陽光、熱量的疊加影響下，瀝青路面原本的組分出現較大幅度的變化，使瀝青路面硬度提升，這種現象即為瀝青老化。

根據施工建設的時間，瀝青老化可以劃分為短期老化與長期老化兩類。短期瀝青老化主要發生在瀝青路面施工建設期間，此時的瀝青混合料保持熱狀態，持續的高溫會導致瀝青組分出現揮發、氧化現象。

長期瀝青老化則在瀝青混合料通過施工建設，形成瀝青路面后才會發生，是因氧化而形成的瀝青老化問題。一般會在瀝青道路正式投入應用后約10年才會出現，這也是大多數地區瀝青路面病害主要類型。發生瀝青老化現象的瀝青路面，可以觀察到局部位置出現較為嚴重的龜裂現象，會降低行車安全[3]。

3 瀝青路面耐久性改善措施

3.1 瀝青混合料改性

3.1.1 瀝青混合料物理改性

瀝青混合料的物理改性，主要有塑料格柵和土工布兩種方法。前者是利用塑料的力學性質，和已有的瀝青混合料同步應用。通過發揮塑料格柵的抗拉性能，提升瀝青結構層模量與抗拉強度，提高瀝青結構層的韌性。在瀝青路面施工建設中應用塑料格柵，可以有效降低車輪留下的車轍數量、深度，對反射裂縫起到較好的防治效果。瀝青路面產生疲勞裂縫的時間也可以得到有效推遲，最長時間可達未使用塑料格柵的瀝青路面產生疲勞裂縫時間的9倍。后者通過鋪設土工布，可以將舊路面與瀝青混合料做有效隔離，以此達到延緩反射裂縫生成的效果。

3.1.2 瀝青混合料化學改性

瀝青混合料的化學改性一般是應用外摻劑，提升瀝青混合料的力學性能、抗老化性能，降低高溫車轍、低溫開裂等病害發生概率。相比于瀝青材料，聚合物粘度更高，將聚合物改性劑添加到瀝青混合料中，可以極大提升瀝青混合料的粘稠性能，進而提升瀝青混合料的抗流動變形性能。

聚合物改性瀝青可以劃分為以下4個類別：①橡膠類的橡膠瀝青，改性材料為天然橡膠、丁苯橡膠等。②橡膠樹脂類的熱塑性彈性改性瀝青，改性材料為苯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物，也可以將橡膠和熱塑性樹脂一同作為改性劑使用。③樹脂類的熱塑性樹脂改性瀝青，改性材料為乙烯醋酸乙烯共聚物等。④熱固性樹脂改性瀝青，改性材料為環氧樹脂、密胺樹脂等。

瀝青混合料的化學改性主要研究方向為通過提升溫度穩定性能，提高瀝青混合料的粘結性能，進而達到提升瀝青路面耐久性能。

在提升聚合物改性瀝青溫度穩定性能過程中，如果聚合物改性瀝青所處環境的溫度偏低，柔性會有明顯下降，這意味著聚合物改性瀝青并非最佳化學改性方法。如果考慮瀝青在陽光、溫度的影響下，會發生氧化現象時，可以通過添加抗氧化劑、光屏蔽劑等方式，對于瀝青混合料做改性處理。因為瀝青與酸性石料無法產生化學吸附效果，僅存在擁有可逆性能的物理吸附效果，可以通過專用設備檢測石料的pH值，適當添加以瀝青酸為代表的極性組分，強化瀝青與石料之間的吸附效果，也可以達到瀝青混合料化學改性目標[4]。

3.2 優化混合料配比

對混合料的配比進行調整，或是選擇其他品種的瀝青，可以對瀝青路面使用特性起到有效改善效果。比如德國使用的瀝青瑪蹄脂碎石混合料（Stone Mastic Asphalt，SMA），逐漸推廣至瑞典、丹麥等國家，我國深圳市濱海大道工程也引進這種生產工藝，瀝青路面獲得良好的使用效果。

SMA功能是對瀝青路面的磨耗層性能進行優化，提升瀝青路面的耐久性，從而減少車轍殘留痕跡，降低病害發生概率。SMA會使用大量的破碎集料，利用規格為2 mm篩孔對其進行篩選，增加瀝青與填料的使用比例，降低細砂使用量，并適當添加穩定改性劑。在這個過程中，粗集料可以構建牢固的結構框架，混合瀝青、細集料、填料支撐的砂漿，與結構框架緊密結合，可以作為瀝青路面的表面層或連接層使用。如果需要提升砂漿的穩定性，也可以向瀝青混合料中添加纖維，有效規避瀝青混合料運輸、攤鋪作業中，出現嚴重的瀝青剝離情況[5]。

如果添加纖維，則要增加瀝青的使用量，通過提升瀝青膜厚度的方式，提升瀝青路面耐久性。而在實際應用中，可以發現使用SMA的瀝青路面，在抗永久形變方面表現良好，瀝青路面的耐久性也有所提升。其相比于常規的熱拌瀝青混合料瀝青路面，可以延長約40%的使用壽命。盡管需要額外支出20%SMA的瀝青路面施工建設成本，但是從長期使用收益角度，經濟效益要比熱拌瀝青混合料瀝青路面更好。

如果是擁有寒冷冬季的北方地區，大多數車輛會在冬季安裝帶釘輪胎，SMA瀝青路面會表現出較強的抗磨耗性能與抗滑性能。在瀝青路面施工建設中，SMA也表現出良好的壓實性能[6]。

3.3 升級瀝青路面施工工藝

可以考慮通過升級瀝青路面施工工藝的方式，提升瀝青路面的耐久性。

3.3.1 熱瀝青處理法

熱瀝青處理法主要應用在一些瀝青路面小型維修任務中，需要向待維修的路面澆灑達到施工標準溫度的熱瀝青，用量以0.4～0.6 kg/㎡為標準進行混合料的攤鋪與壓實作業，即可完成維修任務。如果地面平整度較差，存在較多的細微裂紋，導致熱瀝青混合料和待維修瀝青路面沒有過強的粘結強度，即熱瀝青處理方法難以有效提升層間粘結性能。在澆灑熱瀝青之前，添加適量的有機溶劑，例如煤油、輕柴油等。

利用有機溶劑粘度偏低的特點，可以對待維修的瀝青路面進行有效潤濕，以此提升平整度，減少細微裂縫數量，提高瀝青路面局部再生效果。從大量的應用案例中可以發現，在使用熱瀝青處理法中，添加有機溶劑，可以有效降低瀝青路面維修處理頻率，提高耐久性能，以此提升瀝青路面的長期經濟效益[7]。

3.3.2 摻水溶性微量劑

在瀝青路面長期使用中，空氣中的水分與積水會導致發生病害的瀝青路面長時間處于潮濕狀態，因此無法使用常規方法進行有效粘結。對此，可以考慮通過摻水溶性微量劑的方式，例如脲醛樹脂、酚醛樹脂等，利用促凝劑和增塑劑的有效成分處理待維修的位置，再完成后續的瀝青混合料攤鋪與壓實作業即可[8]。

3.3.3 基層封閉快速施工

因為半剛性瀝青道路擁有良好的使用性能，施工建設成本相對較低，是我國主要的瀝青道路建設形式。使用基層封閉快速施工工藝，可以有效降低瀝青面層鋪設基層環節的時間成本。

基層封閉快速施工工藝有以下4點優勢：第一，提升基層強度。通過封閉養生處理，能夠讓基層生成的水化熱有效保留，并和瀝青攤鋪釋放的熱量一同作用在基層上[9]。加上瀝青面層擁有較高的自然光吸收效率，在溫度場的影響下，可以有效提升瀝青路面的基層強度。

第二，縮短養生期。封閉養生處理時，只有少量基層水分會被膠結料反應消耗，其他基層水分則用在瀝青路面的養生當中。

第三，提升瀝青路面整體強度。因為基層封閉快速施工是采用連續施工壓實，可以讓層間達到嵌鎖的效果，所以瀝青路面施工建設強度得到明顯提升。

第四，降低干燥裂縫發生概率。基層封閉快速施工可以將基層含水量控制在一定范圍內，有效規避人工養生過程中，瀝青路面干濕交替的情況，進而大幅度降低干燥裂縫的發生概率[10]。

4 結束語

在進行瀝青路面施工建設時，需要詳細分析交通系統建設標準，參考當地施工條件，結合本文有關瀝青路面耐久性的理論內容，設計一套完善的施工方案。在方案執行過程中，需要根據當地瀝青路面典型病害，對方案細節內容做合理優化，確保施工建設資源得到最大化應用，合理提升瀝青路面的耐久性，降低交通系統維修養護成本，助力當地經濟可持續發展。

參考文獻

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[9] 萬志青，熊萍花.高速公路瀝青路面耐久性及早期損壞分析[J].運輸經理世界，2021（10）：102-104.

[10] 蘭偉偉.高速公路半剛性基層瀝青路面的耐久性影響分析[J].公路交通科技（應用技術版），2020，16（9）：131-133.

收稿日期：2023-11-18

作者簡介：劉星峰（1982—），男，江蘇淮安人，本科，工程師，研究方向：公路工程。