浅谈沥青路面的高温稳定性

摘 要：本文从沥青路面材料、配合比设计、施工、设计、结构、交通和环境等方面详细介绍了影响沥青路面高温稳定性的因素及预防对策，从而达到提高沥青路面高温稳定性的目的。 　　关键词：沥青路面；高温稳定性；车辙　　随着我国高等级公路建设的快速发展，沥青路面的发展已成必然，这主要是因为沥青路面与水泥路面相比，有着诸多优点：如表面平整、行车舒适、振动小、噪音低、施工期短、养护维修方便、适宜于分期修建等优点。但早期损坏也很严重：如坑槽、泛油、唧浆、推移、拥包、搓板、车辙等问题，尤其是属于高温稳定性的车辙问题，这在南方的广东地区尤其突出。 　　1 一般将沥青路面的车辙分为四种类型： 　　1.1 结构性车辙。这是由于荷载作用超过路面各层的强度，车辙主要发生在沥青面层以下包括路基在内的各结构层的永久性变形。这种车辙的宽度较大，两侧没有隆起现象，横断面成浅盆状的U字形。 　　1.2 失稳性车辙。也叫流动性车辙，这主要是由于沥青混合料的侧向流动变形而形成的。在高温条件下，车轮碾压的反复作用，荷载产生的剪应力超过沥青混合料的抗剪强度，即稳定度极限，使流动变形不断累积而形成车辙。 　　1.3 磨损性车辙。在我国，由于基层基本上是半刚性基层，强度及板体性好，基层及基层以下的变形极小，除了某些基层施工不良的路段外，第一类结构性车辙很少。而磨损性车辙在我国几乎是没有的。所以目前所见到的车辙基本上都属于第二种类型，即属于沥青混合料的流动性车辙。 　　1.4 压密性车辙。这是一种非正常的车辙，它是由于沥青面层本身的压密造成的。尤其是有些高速公路施工时没有很好地压实，也有的工程片面追求平整度。在降低温度后压实，造成压实度不足，致使通车后的第一个高温季节混合料继续压实（比正常情况下严重）形成车辙。 　　本文将在沥青路面的材料、配合比设计、施工、设计、结构、交通和环境等方面浅析一下影响沥青路面高温稳定性的问题，希望能给广东地区沥青路面的发展有所裨益。 　　2 材料因素 　　材料因素是影响沥青路面质量的最基本因素。材料包括沥青、粗细集料、填料及各种纤维等。就沥青而言，应该采用针入度小，粘度大的道路石油沥青，如《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）沥青性能分级中的A级50号，考虑到实际情况，也可采用A级70号但至少应采用B级70号。沥青用量对沥青混合料的抗车辙能力也有极为明显的影响，在施工时要严格控制沥青的用量，在夏季炎热的高温地区，在配合比设计得出的最佳沥青用量OAC的基础上减少0.3%往往是适宜的，而且还应控制混合料中矿粉的含量。一般来说，矿粉与有效沥青用量之比不宜大于1.2。在集料方面，为减少针片状颗粒含量必须采用反击式破碎机加工碎石，而且石质要坚硬，破碎、纹理粗糙、多棱角，颗料接近立方体,加工成的石料表面必须洁净。为增加沥青与石料的粘附性，减少水损害，宜采用中性或碱性石料，如条件所限采用花岗岩，必须掺加抗剥落剂或消石灰，水泥等填料，使其粘附性符合规范要求。填料在沥青混合料中，虽说用量少，但作用不可小视，其在沥青混合料中起着分散沥青形成沥青膜并包裹在石料表面，使石料之间产生相互的粘结力作用。所以填料的质量是否符合要求，至关重要。填料一般采用石灰岩或岩浆岩等憎水性的石料经磨细而得到的。 　　3 配合比设计 　　配合比设计级配是否合理，直接影响到动稳定度的大小。笔者认为，要提高沥青混合料的动稳定度，在沥青混合料配合比设计时必须要重视以下三个方面。 　　3.1 矿料合成级配的设计 　　沥青混合料的工程设计级配范围宜符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）要求，并根据公路等级，工程性质，气候条件，交通条件，材料品种等因素，通过对条件大体相当的工程使用情况进行研究后确定，必要时允许超过规范级配范围。在原材料级配变化不大的情况下，一经确定的工程设计级配范围是配合比设计的依据，不得随意变更。对夏季温度高，高温持续时间长，重载交通多的路段，宜先用粗型密级配沥青混合料（AC-C）型，并取较高的设计空隙率。对冬季温度低且持续时间长的地区，或者重载交通少的路段，宜选用细型密级配沥青混合料（AC-F型）并取较低的设计空隙率。为确保高温抗车辙能力同时兼顾低温抗裂性能的需要，配合比设计时应适当减少公称最大粒径附近的粗集料用量，减少0.6mm以下部分细粉的用量，使中等粒径集料较多，形成S型级配曲线，且不得有太多的锯齿交错，在0.3-0.6mm范围内不出现“驼峰”，并取中等或偏高水平的设计空隙率。根据公路等级和施工设备的控制水平,确定的工程设计级配范围应比规范窄，其中4.75mm和2.36mm通过率的上下限差值宜小于12%，且使沥青混合料容易摊铺和压实,避免造成严重的离析。总之，以上所述主要是使设计的配合比合成级配既符合施工要求，又提高集料的嵌挤能力，尽量形成骨架密实型结构，从而最终达到提高动稳定度性能的要求。 　　在南方高温地区，为提高沥青混合料的抗车辙能力，银价应优先采用SMA沥青玛蹄脂碎石结构，特别是中上面层，至少应该是上面层。因为SMA沥青混合料是一种嵌挤骨架密实型结构，空隙率小，表面渗水系数小，抗车辙能力高。 　　3.2 配合比设计方法 　　目前沥青混合料配合比设计法主要有维姆设计法、马歇尔设计法、GTM法、SUPERPAVE设计法，其中马歇尔设计法使用较普遍。SUPERPAVE设计法是美国近年来提出的一种设计法，其在沥青混合料的合成级配中提出“禁区”与“控制点”的概念，其混合料试件成型方法，是采用旋转压实仪法，其各种力学指标与体积指标也与马歇尔试验指标有所区别，可以说是一种全新的沥青混合料设计方法，本文建议在众多的配合比设计方法当中采取众多方法之优点来进行配合比设计。例如在矿料合成级配方面，为提高沥青混合料的抗车辙能力，除上述之外，应注意使矿料合成级配曲线宜通过关键筛孔的上下“控制点”范围，而不宜通过“禁区”范围，尽量避免形成驼峰级配，努力使沥青混合料合成级配接近或形成骨架密实型结构。但最终的各种混合料指标必须按马歇尔方法进行检验，检验结果必须符合现行规范要求。 　　在进行各种沥青混合料配合比设计时，体积指标的计算方法也必须统一。因为它直接影响到配合比的设计结果，也影响到压实度检测的标准密度，还直接影响到车辙试验的结果。 根据现行沥青路面施工技术规范，体积指标的计算方法统一见表1。　　 　　4 车辙试验成型与试验方法 　　根据交通部行业标准《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTJ052-2000）中规定：试件标准尺寸为300×300×50mm，试验温度为60℃，轮压为0.7Mpa，60℃养护时间为不少于5h，也不得多于24小时，在常温条件下放置的时间为：普通沥青不少于12h，对聚合物改性沥青放置不少于48小时且不得长于一周。一般来说，车辙发生在路面连续7d和平均最高气温在28℃以上的日子里，我国绝大部分地区夏季高温季节都有在此温度以上，所以都有可能发生车辙，而且车辙经常发生在中面层或下面层，中面层温度虽然略低于表面层，但剪应力比表面层更大，所以对动稳定度不能降低。下面层也同样重要，只是下面层的公称最粒径较大，车辙试验对它们不太合适。车辙试验必须按试验规程的要求进行，如试件密度必须达到马歇尔标准密度的100%，试验规程中的碾压次数对S型嵌挤密实型混合料，改性沥青混合料，SMA难以达到100%压实度要求，此时，需对成型温度、荷载大小、碾压次数进行调整。车辙试验方法和设备对试验结果也有很大的影响。国际上车辙试验机类型很多，各有特点，如德国汉堡车辙试验机是在水中进行的，温度较低，与在空中试验不同。美国的沥青路面分析仪APA，适用于分析研究等。我国试验规程的车辙试验结果是采用国际上所有蠕变试验的变形速率，即动稳定度的倒数，而不采用总变形，主要是因为开始阶段的几次占有相当比例，预压也不好处理。 　　5 现场施工质量的控制 　　现场施工混合料的均匀性，压实度是否符合规范要求，现场空隙率的大小是否满足规范要求，路面的密水性是否良好也是造成沥青路面车辙破坏的重要因素。如果施工时混合料离析很严重，粗细不均匀，粗集料集中的部分将会引起压实不足，密水性不好，现场空隙率偏大，很容易引起水损害，细集料集中的地方，虽然密水性可以，现场空隙率比较小，但在高温重载的情况下极易变形，从而引起车辙损坏。一般要求：现场一定要加强压实，提高压实要求，控制现场空隙率不小于3%，不大于7%~8%，提高路面的密水性，防止渗水使层间的界面条件改变为滑动状态，要尽量控制沥青混合料摊铺的变异性，使其不要过大等。 　　6 其它方面 　　沥青混合料车辙的好坏与沥青路面的设计、组成结构、交通和环境也有密切关系。在设计方面，尤其在高温地区，尽可能减小纵坡，控制坡长与坡角，尽可能将长大纵坡路段，改为隧道、桥梁；在组成结构方面：做好封层，洒好透层油，确保沥青层与基层的界面条件保证连续，使其成为稳定状态，根据工程所处的环境合理地选择路面结构形式和沥青层的厚度，改善基层的排水性能；在交通和环境方面对车辙的影响主要体现在超限超载车辆过多，车速较低等方面。 　　综上所述：对沥青路面的抗车辙能力的提高需要选用粘度大，粘聚力强的沥青结合料（如改性沥青），集料要有棱角，在合成级配中易形成嵌挤状态，在配合比设计时合成级配宜采用S型嵌挤密实型级配，尽可能采用SMA结构，鼓励采用GTM法、SUPERPAVE方法设计混合料，但必须按马歇尔方法进行检验，统一配合比设计体积指标的测定和计算方法。按照实际路面温度，荷载压强进行车辙试验，提高动稳度要求。加强压实，提高压实度要求，控制现场空隙率不小于3%，不大于7%~8%，提高路面的密水性，防止渗水使层间的界面成为滑动状态。在高温地区，尽可能减小纵坡，控制坡长，尽可能避免设置长大纵坡路段，改为隧道或桥梁。做好封层，洒好透层油，合理地选择路面结构形式和沥青层的厚度，改善基层的排水性能，综合治理超限超载车辆，强化高速公路的低速限制，车速不得低于50km/h等等。

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