淺談如何提高瀝青路面抗車轍能力

田林

(甘肅路橋第三公路工程有限責任公司,甘肅蘭州 730030)

淺談如何提高瀝青路面抗車轍能力

田林

(甘肅路橋第三公路工程有限責任公司,甘肅蘭州 730030)

高溫穩(wěn)定性能是瀝青混合料的一項重要路用性能,穩(wěn)定性不足而引發(fā)的病害,包括在水平力的作用下產(chǎn)生的推移、壅包、波浪等,而對于渠化交通嚴重的高速公路瀝青路面而言,高溫穩(wěn)定性的問題突出表現(xiàn)為車轍本文通過工程實例,提出影響瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性的諸多因素,隨著對瀝青路面高溫車轍的認識以及試驗設備的不斷完善,對影響瀝青路面的高溫穩(wěn)定性因素加以控制。

瀝青混合料 車轍 配合比設計

隨著車轍現(xiàn)象的加劇，瀝青路面混合料骨料會重新排列，使瀝青路面出現(xiàn)縱向裂縫、松散從而使路面結構發(fā)生破壞。對超重車輛及持續(xù)高溫對路面的抗車轍能力影響估計不足，基層頂面透層與下封層乳化瀝青用量過大，在高溫時起到了潤滑作用，加劇了層間流動。同時抗水損壞能力與抗車轍能力在瀝青混合料的結構設計的技術要求是相互矛盾而由相互制約的。

1 車轍形成的機理

車轍形成的三個階段：

1.1 瀝青混合料的后續(xù)壓實

瀝青混合料的再次碾壓成型前是有骨料、瀝青、膠結材料組成的松散混合物，經(jīng)過碾壓后，高溫下處于半流動態(tài)的瀝青及由瀝青與礦粉組成的膠漿被擠進礦料間隙中，同時骨料被強力排擠成具有一定骨架的結構。碾壓完畢交付使用后，瀝青混合料在初期階段，在汽車荷載的作用下進一步壓實，形成微量的永久變形，如果壓實效果好，這一變形可以忽略不計。

1.2 瀝青混合料的流動變形

在高溫及車轍荷載作用下，瀝青混合料中得自由瀝青及瀝青與礦料形成的瀝青膠漿會首先流動，從而引發(fā)瀝青混合料的流動變形，混合料網(wǎng)狀骨架結構產(chǎn)生失穩(wěn)，這部分半固態(tài)物質(zhì)除部分填充于混合料空隙外，還將隨瀝青混合料自由流動，從而使路面受載處被壓縮而變形。

1.3 瀝青混合料的結構性失穩(wěn)變形

處于半固態(tài)的瀝青混合料，由于瀝青及膠漿在荷載及高溫作用下首先流動，混合料中粗、細料組成的骨架逐漸成為荷載主要承擔者，隨著溫度的升高或荷載的增大，在加上瀝青的潤滑作用，硬度較大的礦料顆粒在荷載直接作用下會沿礦料間接觸面滑動，促使瀝青及膠漿向富集區(qū)流動，導致瀝青混合料的結構失去穩(wěn)定性，特別是當骨料間瀝青及膠漿過多時，這一過程更明顯，也往往產(chǎn)生較大的流動變形。

2 提高車轍的影響因素

影響瀝青路面車轍的因素包括路面結構材料、材料性能及組成、施工質(zhì)量(內(nèi)在因素)；交通荷載條件、氣候條件，水文地質(zhì)條件及路線縱坡等(外在因素)。

路面結構材料：

2.1 改性瀝青

SBS改性瀝青是一種在目前廣泛使用的改性瀝青，它具有較好的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性；與其基質(zhì)瀝青相比，其高溫粘度增大，軟化點升高；在良好的設計配合比和施工條件下，瀝青路面的耐久性和高溫穩(wěn)定性明顯提高。SBS改性瀝青在高等級公路及其它道路上的應用，顯著提高了路面的使用性能，大幅度延長了路面的使用壽命。

改型瀝青作為一種新型路面膠結材料，以其良好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和出色的粘附性、耐疲勞性能，受到業(yè)內(nèi)人士的高度重視。在一些氣候條件惡劣、交通量大或一些政治經(jīng)濟特別重要的路段，當使用普通重交通道路瀝青不能滿足使用要求時，采用改性瀝青則是較為有效的對策。

改性瀝青的效果比較好，但存在瀝青與改性劑的相容性問題，為了達到更高的抗車轍性能，需要高劑量的改性劑，而高劑量的改性劑難以在瀝青中分散均勻，而且在運輸途中和儲存過程中會出現(xiàn)改性劑與瀝青的分層離析，其性能反而不如基質(zhì)瀝青，另存在成本較高的問題。

瀝青路面所用基質(zhì)瀝青為SK-90瀝青，根據(jù)《公路瀝青與瀝青混合料試驗規(guī)程》對其進行各項指標檢驗。采用SK-90基質(zhì)瀝青各項指標均滿足現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》的要求。

但是，現(xiàn)行規(guī)范主要控制指標、改性瀝青工藝主要控制參數(shù)是否使改性瀝青的技術性質(zhì)發(fā)揮到最好水平，這些技術參數(shù)變化對瀝青混合料技術性質(zhì)影響有多大，有時所使用的改性瀝青各項技術指標均滿足規(guī)范要求，但其所鋪筑路面的路用性能不盡人意，甚至不及未改性瀝青路面，諸如此類相關問題說明如何控制、提高改性瀝青質(zhì)量；如何選擇改性瀝青技術參數(shù)，還存在許多值得研究的問題。

對于組成確定的混合料，其車轍性能取決于瀝青的粘度。對于高溫與低溫兼有的地區(qū)，為使瀝青混合料具有必要的耐高溫變形能力、同時瀝青應有較高的軟化點。嚴格控制瀝青的合理用量是很關鍵的，瀝青混合料的力學性能在溫度、級配等不變的情況下，瀝青用量的大小對于馬歇爾穩(wěn)定度的影響較大，瀝青混合料的瀝青用量必須嚴格按照馬歇爾試驗指標，并綜合考慮氣候條件、交通類型、公路等級等因素，同時進行混合料的殘留穩(wěn)定度檢驗，并對擬定的配合比進行車轍試驗，合理確定最佳瀝青用量。瀝青用量過小會使瀝青不足以裹覆礦料的全部比表面積或雖全部裹覆但瀝青膜太薄，使礦料間的粘結力降低，動穩(wěn)定度下降。

總之在施工中必須控制好基質(zhì)瀝青的質(zhì)量、改性瀝青的加工過程、及其成品改性瀝青的質(zhì)量。

2.2 集料

集料特性在瀝青混合料抵抗高溫變形方面起著重要作用，集料的特性包括粗集料的棱角性、細集料的棱角性、針片狀顆粒、壓碎值、磨耗性等，他們對瀝青混合料的骨架結構的穩(wěn)定性有重要的影響。粗細集料的棱角性尤其是粗集料的棱角性越好，集料形成的骨架結構越穩(wěn)定。礦料所形成的骨架及嵌擠力是瀝青混合料抵抗變形能力的基礎，因此接近立方體，抗壓、耐磨性強的礦料采用合理的級配，是瀝青混合料抗車轍的關鍵所在。

扁平細長顆粒含量太大，會再碾壓過程中較早壓碎，導致級配退化，從而降低粗集料之間的相互嵌索能力降低混合料的路用性能。瀝青混凝土的空隙率隨扁平細長顆粒含量的增長而增加，空隙率增加會降低混合料的密度和礦料的間隙率VMA，瀝青混凝土中針片狀含量增大會降低瀝青混合料的穩(wěn)定性和疲勞壽命，增加空隙率、粗集料破碎量，導致級配退化。為此在級配設計時嚴格控制集料質(zhì)量。

(1)集料的生產(chǎn)技術控制。1)料源控制：覆蓋層薄、開采容易、選擇向陽面；2)源石的處理：①分區(qū)堆放；②除雜處理。3)集料的生產(chǎn)設備控制：用于道路瀝青面層的碎石集料應具有良好的顆粒形狀，選用反擊式破碎機破碎，有條件采用碎石整形機提高集料的棱角性。4)設置除土設備：①防止集料的粉塵含量；②破碎機口宜采用人工喂料；③要防止山皮分化料；④要有隔土的篩孔；⑤在一級顎破下方設置除塵篩。5)杜絕碎石場混料現(xiàn)象，發(fā)生混堆，亂倒現(xiàn)象，采取停止進料

(2)礦質(zhì)的選擇。1)選用反擊式破碎加工的碎石，不采用顎式破碎單機加工生產(chǎn)的碎石；2)側重品種：黑山口碎石場較多，規(guī)格品種較多，在大范圍調(diào)查的基礎上，按照設計文件規(guī)定的上下面層采用玄武巖，通過品種淘汰一些料源；3)側重主要指標：粗集料應潔凈、表面粗糙、無分化、無雜質(zhì)且根據(jù)對規(guī)格、壓碎值、針片狀、磨耗、磨光等主要指標的要求，在淘汰一些料源；4)全面試驗：對篩選后的料源全面性能試驗檢測比較，最終確定料場；5)調(diào)整碎石場振動篩，最大篩孔適當放小2-3mm，以增加中間集料，使級配更接近骨架密實，提高混合料動穩(wěn)定度。

(3)瀝青拌合場的場區(qū)控制。1)料場全部采用水泥砼硬化，不同規(guī)格之間設置1.5米的隔檔；2)備料過程中，分層、逐層堆放，減少從高處往下倒料，產(chǎn)生碎石的離析現(xiàn)象；3)不同細集料分檔堆放，按比例逐倉上料，避免應某種細集料偏細或偏粗影響瀝青混合料密度等各項指標。

(4)集料的粘附性。粘附性是衡量瀝青與礦料裹覆后的剝落情況，它取決于瀝青與礦料的種類。瀝青與堿性石料的粘附性好于酸性石料，對同一標號的瀝青，其粘附性的好壞直接影響車轍試驗的結果，粘附性好動穩(wěn)定度高，粘附性差動穩(wěn)定度低。

(5)集料試驗結果。項目碎石采用玄武巖，項指標均滿足現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》的要求。

3 礦粉

在瀝青混合料中，瀝青和填料以及集料中0.15mm以下顆粒共同形成瀝青膠漿裹覆在集料表面，起著粘附粗、細集料顆粒，使瀝青混合料凝聚在一起的作用。瀝青只有吸附在礦粉表面形成膠漿才能與其他粗、細集料產(chǎn)生吸附和粘結作用，形成具有一定強度和變形能力的瀝青混合料。因此，雖然礦粉的用量在瀝青混合料中所占的比重并不大，但其與瀝青形成的瀝青膠漿卻是影響混合料性能的關鍵因素。瀝青膠漿中瀝青與礦粉的相對比例影響著瀝青膠漿的性質(zhì)，進而影響著瀝青混合料的高溫、低溫等路用性能。

礦粉作為瀝青混合料中得一種材料，用量只占4-10%，但其表面積卻占瀝青混合料的總表面積的80%以上，礦粉通過交互作用，增加結構瀝青的數(shù)量，提高瀝青混合料的粘結力，同時礦粉對提高瀝青混合料的抗剪切能力起特殊作用，形成較強的瀝青膜，大大提高了瀝青的粘聚力，降低了瀝青混合料的空隙率，因而減少了自由瀝青的含量，因此減少路面的泛油，提高車轍能力。

4 瀝青混合料生產(chǎn)配合比設計

(1)級配是集料大小顆粒的搭配情況，是影響瀝青混合料空隙率的重要指標，對于組成確定的瀝青混合料，高溫車轍能力依靠集料的嵌擠能力，為了發(fā)揮粗集料的嵌擠作用，必須采用緊密嵌擠的混合料，礦料級配對車轍影響較大，過粗或過細都會使穩(wěn)定度下降，過粗會使空隙率增大，礦料間的穩(wěn)定性下降而導致動穩(wěn)定度降低。過細使細集料增加，粗骨料減少，形成懸浮結構，也使動穩(wěn)定度下降。對于密級配瀝青混合料而言，增大集料粒徑對提高車轍能力有一定的效果，混合料中過多的增加粗骨料，如果級配不好，空隙率增大，使混合料穩(wěn)定性差，容易形成車轍。

(2)目前在瀝青混合料生產(chǎn)配合比設計中，級配選用基本上沿用目標配合比進行調(diào)整，在來驗證目標及生產(chǎn)配合比得合理性。

(3)生產(chǎn)配合比設計。

(4)合理確定瀝青用量。1)隨著瀝青含量的增加，其毛體積相對密度均呈先增大后減小的趨勢，對于不同類型的瀝青混合料與其毛體積相對密度最大值對應的瀝青用量不同；2)隨著混合料中瀝青用量的增加，其流值呈不斷增大趨勢，這是因為當瀝青混合料中得瀝青用量超過最佳后，混合料中富裕的瀝青不但起不到粘結骨料的作用，反而充當骨料間的潤滑劑，加速了礦料間顆粒間的滑移；3)瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度則隨著瀝青用量的增加呈先增大后減小的趨勢；4)根據(jù)馬歇爾各項指標滿足規(guī)范的前提下，合理確定最佳油石比；5)經(jīng)過標定、調(diào)試拌合樓能夠達到預期的目的，通過微調(diào)使級配與生產(chǎn)配合比基本上接近。

(5)攤鋪均勻程度及碾壓次數(shù)的影響。壓實度不足和超載是影響瀝青路面高溫性能車轍的重要因素，但往往由于攤鋪的不均勻性，導致在規(guī)定壓實變數(shù)的情況下，造成瀝青混合料的空隙率有所偏差的現(xiàn)象較為常見，攤鋪不均勻造成瀝青路面的壓實度存在不均勻性，形成局部的性能薄弱，夏季高溫季節(jié)，在車輛動荷載的作用下，極易產(chǎn)生車轍。所以必須選擇好攤鋪和碾壓的機具，合理安排，提高路面的均勻性。

5 結語

(1)提高車轍能力必須加強控制改性瀝青的質(zhì)量及SBS改性劑的摻量；(2)必須合理的設計級配，增加集料中粗骨料(粒徑≥4.75mm)及礦粉的用量，減少細集料的用量，以便充分發(fā)揮瀝青混合料的嵌擠作用，從而改善瀝青混合料的車轍能力；(3)確定合理的瀝青含量；(4)嚴格控制壓實功，避免壓實功過大或過小造成瀝青路面車轍能力的下降；(5)控制好拌合設備的稱量，保證混合料級配與生產(chǎn)吻合。

[1]瀝青路面施工技術規(guī)范[M].北京:人民交通出版社,2004.

[2]瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程[M].北京:人民交通出版社,2011.

[3]公路工程集料試驗規(guī)程[M].北京:人民交通出版社,2005.

[4]公路工程混合料配合比設計與試驗技術手冊[M].北京:人民交通出版社,2001.