沥青耐久性与沥青路面耐久性关系研究

长安大学 公路学院 石 遥

长安大学 材料科学与工程学院 吕振北

沥青耐久性与沥青路面耐久性关系研究

长安大学 公路学院 石 遥

长安大学 材料科学与工程学院 吕振北

沥青是由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂物质，常用于铺筑路面，沥青的质量将直接影响沥青路面的使用性能。本文，笔者主要论述了沥青耐久性与沥青路面耐久性性的关系，对沥青路面的铺筑具有指导作用。

一、沥青耐久性和沥青路面耐久性

1.沥青耐久性。指沥青材料保持其原有性能的能力。在使用过程中，由于受储运、加热、拌和、摊铺、碾压、交通荷载及自然因素的作用，沥青会发生一系列的物理化学变化，逐渐改变其原有性能而变硬、变脆，发生老化。

2.沥青路面耐久性。沥青路面在使用过程中抵抗环境因素及行车荷载反复作用的能力，包括沥青路面的抗老化性、水稳定性、抗疲劳性等综合性质。因为沥青原有性能的改变多发生在施工和服务期间，所以采用合理的混合料设计、科学的混合方法和施工措施，就能将这种改变降低。

二、沥青抗老化性和沥青路面耐久的关系

沥青老化是一个逐渐发生的过程，其速率直接影响路面的使用寿命，因而它是影响沥青路面耐久性的主要因素。老化后的沥青混合料在荷载和水的作用下，更容易松散和剥落。除此之外，沥青老化还会引起路面整体结构性能的衰减，加剧了其他路面结构的损坏。目前，减轻沥青路面老化的措施主要是从沥青混合料的结构上考虑，即在可能的条件下尽量使用吸水率小的集料，并加强压实，减小路面混合料的空隙率，从而减少沥青与空气的接触。这些措施对减轻沥青老化有一定效果，但不能解决根本问题。因为在一定使用条件下，沥青的化学组成与化学结构才是决定沥青耐久性的关键因素，所以要想增强理清路面的耐久性，就必须把研究重点放在沥青本身上。

目前，对沥青耐久性的评价方法有两种，一是沥青短期老化的评价方法，二是沥青长期老化的评价方法。而在我国的公路工程沥青与沥青混合料试验规程中，还没有关于沥青长期老化的实验方法。

因此，要想提高沥青自身耐久性，可从油源选择和工艺改善等全面入手。对于采用固定沥青产品的公路部门，要想提高沥青的耐久性，可从工程结构措施与外掺抗老化剂两方面入手。

三、沥青路面水稳定性和沥青耐久性的关系

沥青路面的耐久性主要取决于沥青与集料之间的黏附程度，而水和矿料的作用会破坏沥青与集料之间的黏附性，是影响沥青路面耐久性的主要因素之一。沥青路面水损害是指沥青路面在有孔隙水的工作条件下，由于交通动荷载和温湿胀缩反复作用，导致进入路面孔隙的水产生动水压力或真空负压抽吸的循环作用，致使水分逐渐侵入沥青与集料的界面，造成沥青膜从集料表面剥落，使沥青混合料内部逐渐丧失黏结力，进而导致路面结构使用性能下降的一种病害。它常伴随麻面、松散、掉粒、坑洞或唧浆、网裂、辙槽等病害发生，同时还会诱发其他路面病害。沥青和集料之间的黏附性能是影响沥青路面水稳定性的主要因素之一。沥青与集料的黏附性主要受自身性质的影响，如沥青与矿料的化学成分、沥青与矿料表面的界面张力、沥青的黏性、矿料的空隙率、矿料的含水量和含泥量等。研究表明，若沥青的黏附性不足4级，则沥青膜容易脱离，易造成路面水损害。实践中常用的评价沥青黏附性的方法有三种：一是煮沸试验，二是浸水试验，三是冻融劈裂试验。

要想减轻沥青路面的水损害，改善和提高沥青混合料的水稳定性与耐久性，就必须增加沥青与矿料之间的黏附性。由沥青与矿料相互作用的基本理论可知,沥青与矿料黏附性的大小,取决于沥青－矿料－水三相系的平衡。因此，各种改善措施都是从降低在集料表面水对沥青的置换能力这一概念出发,保证在有水情况下沥青膜不发生收缩、剥离现象，使沥青仍能与矿料形成良好的化学吸附作用。目前，我国使用的表面层石料与沥青黏附性都较差，大都不能满足技术要求，必须采取添加外掺剂等抗剥落措施。工程中常用的外掺剂主要有两种，一种是化学外掺剂，另外一种是消石灰或水泥外掺剂。

四、沥青路面抗疲劳性与沥青耐久性的关系

沥青混合料的抗疲劳性能受沥青用量的影响很大，沥青用量大，混合料的孔隙率就小，疲劳寿命也长。在集料级配已定的情况下，沥青用量增加，其饱和度就会提高，沥青膜厚度也会随之增加，延性会更好，因而能显著提高沥青混合料的疲劳寿命。研究表明，在控制应力的加载模式下，相对于混合料的最大疲劳寿命有一个最佳的沥青用量。这个最佳沥青用量不仅与矿料的级配有关，而且与集料的种类有关，通常与最大混合料劲度所需的最佳沥青用量相当。但在控制应变的加载模式下，混合料的疲劳寿命会随沥青用量的增加而增大。因此，从疲劳寿命的角度出发，在保证高温稳定性的前提下，配合比设计的沥青用量应尽量用得大一些。

五、结论

当前，我国沥青路面普遍存在着不同程度的早期损坏，因此，施工中应选用合适的沥青，改善沥青混合料性能，同时要采用正确的施工方法和养护方法，以提高沥青路面的耐久性。