沥青混合料高温稳定性影响因素研究

史 荒

(黑龙江农垦总局红兴隆管理局交通运输局)

1 概 述

随着经济的快速增长，我国公路建设取得了较快发展，在建成的高速公路中，绝大部分是沥青路面，与此同时，经济的发展带来了车辆的大型化及车辆交通的渠化使得我国高速公路沥青路面在高温条件下产生车辙，车辙形成不仅会导致路面积水，厚度减薄，还直接影响行车的舒适性和平稳性，因此有必要对沥青混合料高温性能影响因素进行研究，达到减少车辙提高沥青路面使用寿命的目的。

2 高温性能影响因素

沥青混合料是有集料、矿粉、沥青组成的多相各向异性材料，其强度形成主要依靠集料之间的挤嵌作用和沥青对集料的粘结作用，但高温时沥青呈粘性流动状态，粘结力降低，使得混合料变软，荷载作用下导致材料容易产生永久性变形。

2.1 影响高温稳定性内因

(1)混合料级配组成

混合料级配组成决定了矿料颗粒间嵌挤力的大小及混合料密实程度，直接影响混合料的高温稳定性。研究表明，在最佳沥青含量时，中粒式沥青混凝土车辙最小，细粒式次之，粗粒式车辙最大WestTrack 环道试验也得出了相似的结论，因此形成骨架结构和保证混合料压实过程中能达到密实是保证混合料高温稳定性关键，而不是单纯增加集料直径所能解决的。一般认为4.75 mm 筛孔通过率是影响沥青混合料结构组成形态的重要因素。

(2)原材料性质

沥青混合料由沥青、集料和矿粉混合组成，显然，这些材料的物理力学特性将程度不同地影响到沥青混合料的各种路用性能。一般来说选择优质的材料能显著地提高沥青混合料的抗车辙能力。

沥青对混合料的抗车辙能力有很大影响，一是沥青标号直接影响高温稳定性，沥青的高温粘度越大，抗高温变形能力越强;二是沥青与矿料之间的粘附性，粘附性好，则混合料不易松散，更加容易压实成型，提高路面材料整体性。

通常情况下，破碎、纹理粗糙、多棱角、颗粒接近立方体的集料，相应的沥青混合料的高温稳定性就比较好。矿物集料的表面纹理、孔隙结构影响矿料之间挤嵌能力、沥青用量、结构沥青层厚度，而这些因素都能影响沥青混合料高温稳定性。

(3)沥青用量

对于沥青混合料设计，最佳沥青用量对于混合料拌合、压实、长期使用性能都有显著影响，尤其是对混合料高温性能的影响。沥青用量过小，不足以裹覆集料，导致混合料松散，沥青用量过高，自由沥青含量过高，粘结性差，高温容易产生泛油和流动性车辙，采用最佳沥青用量，保证一定的空隙率，高温时使沥青有足够的膨胀空间，不易泛油，并且形成结构沥青层，保证粘结性。

(4)空隙率

空隙率随着沥青用量增加不断减小，减小空隙率能保证混合料密实，减少水损害，当空隙率小于某一临界值后，继续减小空隙率，会使得混合料内部没有足够的孔隙来吸收材料的流动部分，必然造成混合料外部的整体变形，从而形成车辙。当选择混合料空隙率过高时，提高其密实度可增加骨料间的接触压力，从而提高路面抗车辙能力，相应地沥青和矿粉用量也要增加，从而又削弱其抗车辙能力。大量实验表明:各种级配的混合料在最佳沥青含量时，随空隙率的增大车辙均有所增加。

2.2 影响高温稳定性外因

(1)荷载作用大小

车辆超载加快路面的损坏，在不同的轴载作用下，重轴载作用产生的车辙较轻轴载大得多，轴载超过1 倍，其车辙要达到10 ～15 倍。

(2)荷载作用时间

在长大纵坡上坡路段，由于车辆行驶速度慢，荷载作用时间长，沥青混合料是粘弹性材料，根据沥青混合料时温等效原理，荷载长时间作用与升高温度有相同效果，尤其是重车慢行，更容易导致车辙。高温时，加之荷载长时间作用，对高温稳定性有更不利影响，有资料表明:道路交叉口停车点的车辙通常为正常行驶路段的2 倍到5 倍。

(3)施工质量控制

施工中原材料的离散性将降低沥青混合料的高温稳定性，因此严格控制施工过程中材料均匀性，保证施工与设计混合料一致性，对减少车辙，提高高温稳定性有较大帮助。沥青混合料压实不够，空隙率明显增大，荷载作用下容易变形，动稳定度显著降低，因此，压实对提高沥青混合料高温稳定性同样非常重要。

3 提高高温稳定性措施

(1)采用合适的混合料类型

由于SMA 是由粗集料形成骨架，细集料、矿粉、沥青形成玛蹄脂填充粗集料形成空隙中，由于骨架结构的稳定性，因此普遍认为，SMA 优良的高温稳定性能源于混合料的粗集料骨架，而沥青结合料对高温稳定性的贡献相对较小。由于SMA 沥青混合料中加入纤维，纤维的加入使沥青混合料高温性能明显提高，纵横交错的纤维能吸附沥青，增大结构沥青比例，减少自由沥青比例，提高粘结力，并且能使沥青与矿粉形成的胶团适当的分散，增加混合料均匀性，提高施工质量，从而提高高温稳定性。

(2)采用改性沥青

研究人员在提高沥青混合料路用性能的探索中发现，用改性沥青铺筑的沥青路面具有良好的抗永久变形能力和分散应力作用特性，可以有效增强路面的抗病害能力，提高沥青路面的使用性能。

4 结 论

本文分析了沥青混合料高温性能的影响因素，包括内因和外因，以及提出沥青混合料高温性能的改善措施，为减少高温车辙提高路面使用寿命提供依据。

［1］张登良. 沥青及沥青混合料［M］.北京:人民交通出版社，1993.

［2］柔性路面结构设计方法［M］.北京:人民交通出版社，2012.