瀝青混凝土路面的高溫穩(wěn)定性研究

南海濤

摘 要：在使用過(guò)程中，瀝青路面最突出的病害就是因高溫低頻帶來(lái)的車(chē)轍病害。文章經(jīng)過(guò)詳細(xì)調(diào)研，分別從車(chē)轍的類(lèi)型、形成過(guò)程、影響因素入手對(duì)車(chē)轍進(jìn)行介紹，并根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)提出了提升瀝青混凝土路面車(chē)轍的防治措施，為受車(chē)轍病害困擾的瀝青路面鋪筑工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：瀝青混凝土路面;高溫穩(wěn)定性;車(chē)轍

中圖分類(lèi)號(hào)：U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）10-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.10.047

20世紀(jì)70年代末，美國(guó)各州公路局進(jìn)行了一項(xiàng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在被調(diào)查的44條主要公路中，有13條公路因車(chē)轍受損。日本則有80%以上的公路損壞是由車(chē)轍造成的。對(duì)于我國(guó)的高等級(jí)公路來(lái)說(shuō)，道路交通量的快速增長(zhǎng)、高速公路上重型車(chē)輛比例的不斷增加、車(chē)輛超載超限等問(wèn)題嚴(yán)重破壞了瀝青混凝土路面，甚至在路面使用早期就產(chǎn)生了車(chē)轍現(xiàn)象。

1 車(chē)轍的形成過(guò)程

車(chē)轍的出現(xiàn)主要是由于交通荷載產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，路面層材料失穩(wěn)，導(dǎo)致路面橫向位移或沉陷。車(chē)轍的產(chǎn)生嚴(yán)重影響行車(chē)舒適性和安全性。在高速駛過(guò)車(chē)轍時(shí)，車(chē)身會(huì)劇烈震蕩，影響司機(jī)對(duì)車(chē)輛的操控。雨雪天氣時(shí)，路面低槽處易積水，導(dǎo)致抗滑性降低，有可能導(dǎo)致車(chē)輛失穩(wěn)，最終造成交通事故[1]。

車(chē)轍的形成過(guò)程比較復(fù)雜，受到各種力的影響，可將其簡(jiǎn)單劃分為壓密、壓密穩(wěn)定、剪切破壞三個(gè)階段。施工時(shí)，由于瀝青混凝土油石比選用不當(dāng)、拌和時(shí)間或溫度不符合要求、設(shè)備老化陳舊、路面壓實(shí)度不滿(mǎn)足要求等原因，路面面層的初始孔隙率偏大，在車(chē)輛荷載的長(zhǎng)期作用下，孔隙減小，形成壓密形變。瀝青混凝土路面在高溫環(huán)境下往往會(huì)出現(xiàn)瀝青軟化、粘聚力及內(nèi)摩擦角減小的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)車(chē)輛的不斷作用，會(huì)使瀝青混合料出現(xiàn)剪切破壞，使路面產(chǎn)生流動(dòng)變形，形成車(chē)轍。

車(chē)轍是道路交叉口較為普遍的病害，多發(fā)于高溫季節(jié)，溫度是主導(dǎo)因素。道路交叉口黑褐色的瀝青路面具有較強(qiáng)的吸熱性，尤其在夏天，隨著日照時(shí)間延長(zhǎng)，路面形成巨大的溫度場(chǎng)，大范圍熱量聚集導(dǎo)致瀝青混凝土路面處于持續(xù)高溫狀態(tài)，加之行車(chē)荷載的作用，部分材料流動(dòng)變形，車(chē)轍病害隨之顯現(xiàn)。

2 瀝青混凝土路面車(chē)轍影響因素

2.1 路面結(jié)構(gòu)

瀝青路面類(lèi)型和路面厚度的不同組合與路面車(chē)轍密切相關(guān)。同一種材料用于不同路面結(jié)構(gòu)，其性能也不同。路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型的選擇和路面結(jié)構(gòu)層組合的合理性對(duì)路面的高溫穩(wěn)定性有很大影響[2]。瀝青路面厚度與公路等級(jí)、交通量、瀝青類(lèi)型有關(guān)，應(yīng)根據(jù)交通量大小及材料的力學(xué)性能和機(jī)械的擴(kuò)散能力綜合選擇基層和底基層的厚度。瀝青路面結(jié)構(gòu)等級(jí)的合理選擇是整個(gè)路面結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理的關(guān)鍵，也是整個(gè)路面結(jié)構(gòu)能否在設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)承受各種荷載和自然因素的關(guān)鍵。

2.2 外部因素

我國(guó)路面設(shè)計(jì)中車(chē)輪的標(biāo)準(zhǔn)荷載為（0.7±0.05）MPa，但道路運(yùn)行中超載現(xiàn)象普遍存在，隨著荷載的增加，車(chē)轍問(wèn)題日趨嚴(yán)重。因此，車(chē)輛在道路行駛過(guò)程中必須嚴(yán)格控制超載，并適當(dāng)提高設(shè)計(jì)要求。車(chē)轍室內(nèi)試驗(yàn)溫度通常為（60±0.5）℃，但是我國(guó)南北溫差較大，必然會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力穩(wěn)定性的差異。隨著溫度升高，瀝青黏度降低，抗蠕變性降低，在外力作用下，動(dòng)力穩(wěn)定性會(huì)降低，車(chē)轍變形增大。因此，高溫下瀝青路面容易產(chǎn)生車(chē)轍。

車(chē)轍與瀝青路面的路線(xiàn)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)組成、交通條件和環(huán)境密切相關(guān)。在設(shè)計(jì)方面，縱坡越長(zhǎng)，越容易在夏季高溫季節(jié)造成車(chē)轍。就結(jié)構(gòu)組成而言，應(yīng)做好透層、密封層、粘貼層各道工序，確?；鶎优c面層、面層與面層連接良好，形成穩(wěn)定的整體。在交通和環(huán)境方面，車(chē)轍的影響主要體現(xiàn)在超載車(chē)輛過(guò)多和低速上坡行駛[3]。因此，在公路施工前，應(yīng)充分考慮一切不利因素，采取相應(yīng)措施減少或延緩車(chē)轍形成。

2.3 礦物材料

瀝青混合料的抗車(chē)轍性能受多方面因素影響，其中約60%源于礦質(zhì)集料，剩余40%則與瀝青的黏結(jié)性能密切相關(guān)。由于原材料采購(gòu)不規(guī)范、質(zhì)量控制不到位、用量不合理等情況的存在，導(dǎo)致瀝青混合料的性能大幅下降，其高溫抗車(chē)轍能力遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期要求，后續(xù)在外部因素的誘發(fā)下容易變形。

礦物集料的表面紋理、形狀、針狀含量以及集料與瀝青的粘附性都能影響瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。針狀顆粒含量低、形狀粗糙、接近立方體表面形狀的礦物集料容易形成骨架嵌布結(jié)構(gòu)，有利于提高瀝青混合料的抗車(chē)轍能力。

礦料級(jí)配對(duì)瀝青混合料抗車(chē)轍能力的影響也很大，增加礦料的粒徑并不能提高路面的抗車(chē)轍能力。由于可以在礦料之間形成良好的骨架，并降低空隙率，良好合理的級(jí)配有助于提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。

為增加瀝青與集料之間的附著力，減少水損害，應(yīng)使用中性或堿性石料代替酸性石料，必要時(shí)可加入抗剝落劑或石灰、水泥等填料，增加骨料附著力。雖然瀝青混合料中填料用量很少，但其作用不容忽視，它能分散瀝青混合料中形成的瀝青膜，將其包裹在礦料表面，增強(qiáng)礦料之間的粘附性。

2.4 瀝青類(lèi)型和用量

不同類(lèi)型和用量的瀝青會(huì)影響瀝青混合料的性能。不同品種和類(lèi)型的瀝青具有不同的混合料性能。根據(jù)氣候條件，應(yīng)選擇針入度小、軟化點(diǎn)高、延度高、黏度高的改性瀝青，其高溫穩(wěn)定性好[4]。

瀝青用量會(huì)影響瀝青混合料的骨架嵌擠效果，對(duì)瀝青混合料抗車(chē)轍能力起重要作用，在實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制瀝青用量。隨著瀝青含量的增加，瀝青混合料的穩(wěn)定性降低，流動(dòng)值增加，動(dòng)力穩(wěn)定性降低，瀝青混合料的抗車(chē)轍能力明顯降低。這說(shuō)明瀝青混合料中瀝青含量對(duì)抗車(chē)轍能力有顯著影響。當(dāng)瀝青含量較小時(shí)，瀝青和瀝青砂漿不足以填充混合料中的空隙，導(dǎo)致混合料壓實(shí)不足。當(dāng)瀝青含量過(guò)大時(shí)，游離瀝青會(huì)削弱礦料之間的嵌擠力，降低瀝青混合料的內(nèi)摩擦，夏季容易產(chǎn)生溢油，導(dǎo)致瀝青混合料變形形成車(chē)轍。

3 減少瀝青混凝土路面車(chē)轍的優(yōu)化措施

3.1 選擇合適的瀝青

應(yīng)選用黏度高、粘結(jié)力強(qiáng)、軟化點(diǎn)高、含蠟量相對(duì)較低的改性瀝青，并控制好瀝青用量。瀝青與集料的粘附性是評(píng)價(jià)瀝青性能的重要指標(biāo)，它影響著瀝青路面的使用性能和耐久性。在基質(zhì)瀝青中加入樹(shù)脂聚合物和橡膠聚合物，能夠改善瀝青性能，提高瀝青的高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。例如，在基質(zhì)瀝青中加入苯乙烯共聚物SBS，可以提高瀝青的溫度性能、拉伸性能、彈性、粘聚性能、混合料的穩(wěn)定性、耐老化性能等。

3.2 選擇合適粒徑的集料

集料應(yīng)有棱角容易在合成級(jí)配中形成嵌固狀態(tài)。瀝青混合料中粗集料之間的鑲嵌可以提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性，這也取決于集料的壓碎值、顆粒形狀和棱角性[5]。粗骨料形狀一般接近立方體，無(wú)明顯分層，表面粗糙，內(nèi)摩擦角增大。同時(shí)合理調(diào)整優(yōu)化礦料級(jí)配，使礦料級(jí)配變?yōu)镾形，適當(dāng)增加粗集料用量，保證集料之間的嵌固，以增加瀝青混合料的抗變形能力，提高高溫抗車(chē)轍能力。

3.3 適當(dāng)提高粉膠比

在瀝青混合料中適當(dāng)?shù)脑黾臃勰z比，尤其是在SMA瀝青混合料中，礦粉的用量更多，隨著礦粉用量的增加，混合料的孔隙率減小，動(dòng)穩(wěn)定性有所提高。如果瀝青面層之間黏結(jié)不好，有水滲入層間會(huì)使瀝青路面受力狀態(tài)發(fā)生改變，在重載作用下很容易產(chǎn)生推移、擁包，最終導(dǎo)致路面破壞。所以，一定要確保粘層油的灑布量和灑布的均勻性，使瀝青面層與面層之間形成一個(gè)有機(jī)的整體。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制

在現(xiàn)場(chǎng)施工中，必須控制好瀝青混凝土的均勻性和壓實(shí)度。瀝青混凝土的均勻性應(yīng)從拌和—運(yùn)輸—攤鋪—碾壓全過(guò)程進(jìn)行控制，壓實(shí)度也是質(zhì)量控制的關(guān)鍵指標(biāo)，能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。一般在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)合理控制壓實(shí)機(jī)械的數(shù)量和碾壓次數(shù)，提高壓實(shí)要求。場(chǎng)地孔隙率和透水性是否滿(mǎn)足規(guī)范要求也是造成車(chē)轍的重要因素?？障堵室话憧刂圃?%～6%，以提高混合物的水密性[6]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為提高瀝青混凝土路面車(chē)轍能力，應(yīng)選用黏度高、粘聚力強(qiáng)、軟化點(diǎn)高的改性瀝青，對(duì)于集料應(yīng)選用壓碎值高、表面粗糙、棱角性好的集料，配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中要優(yōu)化礦料級(jí)配使礦料級(jí)配成S形走向，形成密實(shí)骨架結(jié)構(gòu)。同時(shí)，通過(guò)不斷學(xué)習(xí)新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備的知識(shí)，盡可能減少車(chē)轍問(wèn)題，延長(zhǎng)道路的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

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[3] 薛長(zhǎng)娟.公路路面常見(jiàn)病害及日常養(yǎng)護(hù)措施分析[J].中外企業(yè)家，2020（21）：232.

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[5] 秦雯.淺談瀝青路面常見(jiàn)病害及處治措施[J].百科論壇電子雜志，2020（8）：1246-1247.

[6] 董雪山.探析高速公路路面病害成因及養(yǎng)護(hù)技術(shù)措施[J].人民交通，2020（9）：76，78.