沥青混合料高温稳定性研究

沥青混合料高温稳定性研究
摘要：从材料和级配两个主要方面对沥青混合料的高温稳定性进行了分析，并提出了提高混合料高温稳定性的措施和建议。

关键字：沥青混合料；高温稳定性；级配；车辙；针片状含量
沥青混合料的高温稳定性指混合料在高温条件和外力作用下，抵抗产生永久变形的能力。

高温稳定性问题一般出现在高温和低加荷速率，也即混合料劲度较低的情况下，在路面上主要表现为车辙、拥包和推移等，见图1和图2。

车辙的产生会造成路表的不平整，严重时会导致整个路面结构的破坏，而且还会使车辆在高速行驶时出现飘滑现象而酿成交通事故。

因此分析研究影响混合料高温稳定性的原因及解决措施具有重要意义。

1 影响沥青混合料高温稳定性的因素
影响沥青混合料高温稳定性的因素有内因和外因之分。

外因包括气候条件和交通条件。

气温、日照、辐射等气候条件都会对混合料产生影响。

此外，荷载大小，车辆速度、车流渠化等也是重要的影响因素，尤其是超载现象。

内因包括混合料自身的材料、级配等。

本文主要研究内因的影响。

材料
沥青
密实型的沥青混合料的抗剪强度是由沥青与矿料的粘结力为主。

因此，沥青的性质至关重要，它对混合料抵抗高温变形有很大的贡献。

沥青的标号越大，针入度越大，高温抗车辙能力就越差。

表1不同沥青标号下某混合料动稳定度
不同品种的沥青，在混合料中也会表现出不同的耐高温性能。

因为不同品种的沥青组分和结构不同，不同品种的沥青与矿粉和石料结合相互作用的结果不同，因而表现出的高温稳定性不同。

表2沥青改性剂对混合料动稳定度的影响
表3沥青蜡含量对混合料动稳定度的影响
可以看出，基质沥青经过不同程度的改性后动稳定度均有较大提高。

并且随着改性剂用量的增加，动稳定度也相应增大。

因此采用改性沥青可以有效地改善混合料的高温稳定性。

沥青蜡含量越高，动稳定度值越低。

主要由于沥青蜡含量越大，与集料粘结力越差。

沥青与矿料的粘附性对动稳定度值影响很大。

掺加抗剥落剂可以改善沥青与集料之间的粘附性，高温性能也能得到明显改善。

从表4可以看出，掺加4‰抗剥落剂可大幅度提高混合料动稳定度。

表4 某混合料掺加抗剥落剂与未加抗剥落剂动稳定度比较
高温稳定性对沥青含量也较为敏感。

沥青用量大，游离沥青多，则会降低高温抗车辙能力。

有研究认为马歇尔方法确定的最佳沥青含量比用于控制车辙的最佳沥青用量高0.3％～0.5％。

高沥青含量（OAC+0.7％）对应了最大车辙，此时抗高温变形能力最差。

若沥青含量过低，则混合料坚硬松散难以压实，同样容易出现车辙。

集料
沥青混合料的内摩擦角是由集料间的相互嵌挤作用产生的。

因此，集料的形状接近正方形体，多棱角，表面粗糙纹理深，将会产生较大的摩阻力，从而提高了高温稳定性，减少车辙形成的机会。

美国SUPERPA VE设计规程中对针片状含量提出要求。

针片状含量对混合料高温稳定性的影响不容忽视，过大的针片状含量不利于混合料骨架的形成，降低摩阻力，从而影响到混合料高温抗变形能力。

表5 针片状含量对某混合料动稳定度的影响
图3 集料针片状含量对混合料高温性能影响
此外，集料的类型也至关重要。

如石灰岩集料质地不坚硬，即使使用SMA 级配，在反复荷载作用下，集料棱角很容易被磨掉，嵌挤作用随之减小，这就严重影响到混合料的动稳定度。

级配设计
混合料级配所形成的骨架，尤其是相互嵌挤作用，对混合料的抗高温变形能力有很大贡献。

不同的级配类型，相应的高温稳定性存在很大的差别。

一般，骨架密实型结构较悬浮密实型结构的抗变形能力高很多。

同种沥青，SMA间断级配的动稳定度是AC级配的好几倍。

Superpave也是一种有较高密实度的骨架密实结构，粗集料含量较多，具有较高的摩阻角，因而抗车辙能力较强。

此外，同种类型的级配，不同的合成级配对动稳定度值也会有较大影响。

适当增加大粒径的集料的含量有利于增加高温性能，但大粒径的集料的含量过大，会导致较大的空隙率，同样不利于高温稳定；天然砂含量不宜过多，否则会降低动稳定度值。

天然砂表面光滑，摩阻力小，石英质含量高，会影响其与沥青的粘附性，因此会增加混合料的流动形变。

矿粉用量对沥青混合料的性质有很大影响。

矿粉加入后与沥青相互作用产生吸附，从而增加了结构沥青的数量，对沥青的粘度有所提高，因而高温性能得到改善。

但是，当粉胶比大到一定程度时，自由沥青会过少，部分矿料颗粒不能被裹覆，混合料比较松散，在交通荷载作用下易产生压密变形。

因而不能认为粉胶比越大，沥青混合料高温稳定性能越好。

一般，矿粉与沥青用量之比宜在1.0～1.4之间。

空隙率对高温性能亦有影响。

空隙率过小，则混合料内部没有足够的空隙来吸收材料的流动部分，必然造成外部的整体变形，形成车辙；空隙率过大，则容易产生压密形变，同样不利于抗车辙能力。

改善沥青路面高温稳定性的措施
通过从各方面对沥青混合料高温稳定性的分析，并结合部分典型工程实例，可得出一些改善沥青路面高温稳定性的措施。

材料
选用低针入度，高软化点，低含蜡量，高粘度的优质沥青，必要时可以进行改性，如掺加改性剂SBS，PE，EV A，或者纤维等，会对抗车辙性能有非常显著的提高。

尽量采用坚硬，安定，粒径较大，压碎值小，有尖锐棱角，表面洁净粗糙，与沥青粘附性好并有良好级配的碎石，以及优质矿粉。

深圳市市民中心福中三路路面成功采用沥青改性技术。

深圳市福龙路、宝安大道都是在中、上面层全部使用改性沥青，同时采用骨架密实结构，提高路面抗车辙能力。

级配
采用粗颗粒含量高，细集料含量适合的级配可以适当提高高温性能。

或采用粗集料间断级配（SMA，SAC），能形成骨架，有较高的摩阻力，能够很好的抵抗高温变形，已为国内外大量试验研究所证明。

此外，应保证材料配合比有良好的空隙率，一般在4％为宜。

严格限制天然砂的含量，或采用机制砂。

严格控制沥青用量。

通过对深圳市内多条SMA路段如南山大道、东部沿海高速公路等调查来看，沥青混合料采用大粒径的骨架密实型配合比设计，有效提高了集料嵌挤能力，对提高沥青路面的抗车辙能力将有着重要作用。

深圳滨海大道上面层采用SMA级配，有效地改善路面高温抗变形能力。

深港西部通道深圳侧接线东滨路采用OGFC结构，粗骨料含量高达80%，不仅解决了路面排水问题，还有助于提高抗车辙性。

施工
施工中要对各个环节都进行严格控制。

如，加强材料储存和管理，减小集料颗粒组成的变异性；严格控制温度，压实度；尽量避免离析等。

深圳市南山大道使用新型振荡压路机，提高沥青面层压实效果；广州南沙港快速路沥青混凝土路面施工中，采用混合料转运车，可以有效解决沥青混合料运输中的大小料离析、温度离析问题。

同时可采用一些新的利于路面抗车辙的施工工艺，如江珠高速公路、西部沿海高速等项目，均采用了机械铣刨打毛桥面铺装混凝土的工艺，用以提高沥青面层与桥面水泥混凝土铺装的联结，防止出现沥青层推移和车辙。

结语
沥青混合料的原材料性质、级配设计是影响沥青混合料高温稳定性的最重要的因素。

因此，优化原材料的质量、合理的级配设计，以及严格的施工管理可以很大程度地改善提高混合料的高温抗变形能力。

注：文章内的图表及公式请到PDF格式下查看。