對(duì)提高瀝青混凝土路面強(qiáng)度問(wèn)題的幾點(diǎn)思考

崔艷龍

摘 要：著重分析瀝青混凝土強(qiáng)度形成機(jī)理，研討提高混合料強(qiáng)度的措施，以期達(dá)到提高瀝青路面的使用品質(zhì)和耐久性的目的。

關(guān)鍵詞：摩阻力粘聚力；結(jié)構(gòu)瀝青；吸附

當(dāng)前世界各國(guó)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(shí)瀝青路面相對(duì)于水泥混凝土路面的缺點(diǎn)是：養(yǎng)護(hù)費(fèi)用成本較高，使用期限短，耐久性差。由于建設(shè)施工期間選料、施工工藝控制不當(dāng)，將會(huì)加劇瀝青路面的破壞。因此，認(rèn)識(shí)瀝青混合料（包括瀝青混凝土）路面強(qiáng)度形成機(jī)理以期達(dá)到提高瀝青路面的使用品質(zhì)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(zhì)骨架和瀝青膠結(jié)物所構(gòu)成的、具有空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一種多相分散系。

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

礦料之間的嵌擠力與內(nèi)摩阻力的大小，主要取決于礦料的級(jí)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(jí)配構(gòu)成原則的不同可分為下列3種方式：

a懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)：由連續(xù)級(jí)配礦質(zhì)混合料組成的密實(shí)混合料，各種級(jí)配連續(xù)存在，同一檔較大顆粒都被較小一檔顆粒擠開(kāi)，大顆粒以懸浮狀態(tài)處于較小顆粒之中。這種結(jié)構(gòu)通常按最佳級(jí)配原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，密實(shí)度與強(qiáng)度較高，水穩(wěn)定性好，但受瀝青的性質(zhì)和物理狀態(tài)影響較大，溫度穩(wěn)定性較差。傳統(tǒng)的I型和Ⅱ型瀝青混凝土（AC）屬于此類(lèi)型結(jié)構(gòu)。

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

c骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)：是綜合以上兩種方式組成的結(jié)構(gòu)。混合料中既有一定數(shù)量的粗骨料形成骨架，又根據(jù)粗骨料的空隙的多少加入一定細(xì)料，形成較高的密實(shí)度。間斷級(jí)配及按此原理構(gòu)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(lèi)型結(jié)構(gòu)。此類(lèi)型結(jié)構(gòu)對(duì)材料級(jí)配及各施工環(huán)節(jié)工藝控制要求很?chē)?yán)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(jié)力。

瀝青與礦料之間的相互作用是瀝青混合料結(jié)構(gòu)形成的決定性因素，它直接關(guān)系到混合料的強(qiáng)度、溫度穩(wěn)定性、水穩(wěn)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(chǎn)生化學(xué)組分的重新排列，在礦料表面形成一層擴(kuò)散結(jié)構(gòu)膜，在此薄膜厚度以內(nèi)的瀝青稱(chēng)為結(jié)構(gòu)瀝青，此薄膜以外的瀝青稱(chēng)為自由瀝青。結(jié)構(gòu)瀝青與礦料之間發(fā)生相互作用并且瀝青性質(zhì)有所改變；而自由瀝青與礦料距離較遠(yuǎn)，沒(méi)有與礦料發(fā)生相互作用，并保持原來(lái)的性質(zhì)。

石油瀝青的化學(xué)組分主要有瀝青酸、瀝青酸酐、油分、樹(shù)脂、瀝青質(zhì)、瀝青碳和似碳物等組分。瀝青與礦料相互作用時(shí)發(fā)生多種效應(yīng)，主要有瀝青層被礦物表面物理吸附、瀝青與礦料進(jìn)行的化學(xué)吸附、某些種類(lèi)礦料對(duì)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(shí)則產(chǎn)生物理吸附，物理吸附形成的結(jié)構(gòu)瀝青膜遇水易剝落。瀝青中的酸性物質(zhì)（如瀝青酸、瀝青酸酑）與堿性礦料在接觸面上會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，在接觸面形成不溶于水的瀝青酸鹽，這時(shí)發(fā)生的是化學(xué)吸附。化學(xué)吸附形成的結(jié)構(gòu)瀝青膜具有較高的抗水能力。也只有產(chǎn)生化學(xué)吸附，瀝青混合料才能具備良好的水穩(wěn)定性。

化學(xué)吸附產(chǎn)生與否以及吸附程度取決于瀝青及礦料的化學(xué)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(jià)金屬陽(yáng)離子交換，形成不溶于水卻能溶于高分子碳?xì)浠衔锖陀头种虚g的高價(jià)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(jià)金屬陽(yáng)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(jié)構(gòu)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(wěn)定性。礦粉一般采用磨細(xì)石灰石粉，也可采用一部分磨細(xì)消石灰粉或失效水泥代替礦粉。有時(shí)拌和樓會(huì)將一部分回收粉塵摻入混凝土中作為替代。

礦料對(duì)瀝青組分的選擇性吸附作用，主要產(chǎn)生于表面具有微孔（1L隙直徑小于0.02mm）的礦料，如石灰?guī)r、泥灰?guī)r等，微孔具有強(qiáng)大的吸附勢(shì)能。礦料表面吸附瀝青中活性較高的瀝青質(zhì)，樹(shù)脂吸附于礦料表面小孔中，而分子量較小的油分則沿毛細(xì)管被吸收到礦料內(nèi)部。選擇吸附的結(jié)果是瀝青性質(zhì)發(fā)生變化，樹(shù)脂和油分相對(duì)減少，瀝青質(zhì)和瀝青酸相對(duì)增加，瀝青變稠，粘結(jié)力增加，熱穩(wěn)定性和水穩(wěn)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(qiáng)度包括兩個(gè)方面：一是提高礦質(zhì)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(jié)力。

1、選用材質(zhì)堅(jiān)固、表面粗糙、形狀方正、有棱角的石料，提高礦質(zhì)骨料之間的嵌擠力與摩阻力。優(yōu)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(jí)配，以降低自由瀝青含量。完善拌和與壓實(shí)工藝可大大提高混合料嵌擠力和水穩(wěn)定性。

3、經(jīng)多方案進(jìn)行試驗(yàn)、比選，選擇合適的礦粉，并確定合理用量，增加混合料中結(jié)構(gòu)瀝青含量。礦粉用量過(guò)多則需要相應(yīng)增加拌和時(shí)間，否則難于拌勻，易結(jié)團(tuán)，一般取規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)中值。

4、通過(guò)在瀝青中添加高聚物改性劑（如熱塑性彈性體類(lèi)SBS、橡膠類(lèi)3BR）或碳黑、硅粉等改性劑改善瀝青性質(zhì)，進(jìn)而改善瀝青混凝土工作性質(zhì)。

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(duì)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(zhì)產(chǎn)品的結(jié)論，應(yīng)通過(guò)周密的試驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行篩選。

綜上所述，結(jié)合瀝青混凝土路面強(qiáng)度形成機(jī)理，結(jié)合多年工作實(shí)踐的體驗(yàn)應(yīng)注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：瀝青面層結(jié)構(gòu)混合料類(lèi)型要合理，宜選用粒徑較小、空隙也小的級(jí)配混合料；設(shè)計(jì)與路段實(shí)際厚度情況要要相符、不宜過(guò)大避免造成窩工；影響工期，質(zhì)量；補(bǔ)強(qiáng)段的路面厚度要實(shí)際，不能憑空想象草草了事、特別是舊路的狀況，應(yīng)避免補(bǔ)強(qiáng)路段的強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)后彎沉大于設(shè)計(jì)值，造成新路強(qiáng)度不足、早期破壞嚴(yán)重；嚴(yán)格對(duì)原材料的控制，如果對(duì)混合料的配合比控制不夠，特別是配料和瀝清用量不準(zhǔn)，會(huì)使路面早期出現(xiàn)推擁、油包、松散、坑槽；施工機(jī)械設(shè)備陳舊、不配套、會(huì)使混合料的配合比、計(jì)量、拌和均勻性、壓實(shí)度、平整度受影響；瀝青混合料加熱過(guò)高、拌和時(shí)瀝青被礦料的高溫灼焦、瀝青老化、路面強(qiáng)度不足、產(chǎn)生松散、坑槽；碾壓溫度不宜過(guò)高、要注意掌握碾壓溫度，否則會(huì)出現(xiàn)壓不實(shí)、推移、發(fā)生微裂；底基層、基層、路面表層要清除干凈、對(duì)浮土、浮灰、浮砂如清除不干凈，在雨水作用下被行車(chē)擠壓易造成變軟及波及面層；補(bǔ)強(qiáng)松鋪系數(shù)要控制好，不要導(dǎo)制二次補(bǔ)強(qiáng)層、因二次補(bǔ)強(qiáng)層，無(wú)法與下基層緊密連接，易松散、坑槽、網(wǎng)裂。建議補(bǔ)加層用油砂代；在行車(chē)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(yǎng)護(hù)更為重要；嚴(yán)格按基本建設(shè)程序辦事，認(rèn)真作好施工管理、質(zhì)量管理；杜絕無(wú)路面施工經(jīng)驗(yàn)、無(wú)路面設(shè)備和技術(shù)力量的施工隊(duì)伍承擔(dān)路面施工及監(jiān)理有職無(wú)權(quán)、無(wú)法嚴(yán)格監(jiān)理、不按施工技術(shù)規(guī)范要求施工，趕工期搞獻(xiàn)禮工程。這樣一定可以加強(qiáng)瀝青混凝土路面的強(qiáng)度，從而達(dá)到更大效益追求。