沥青混合料高温稳定性能论文

沥青混合料高温稳定性能研究

摘要：高温稳定性一直以来都是沥青路面研究的重点，车辙问题在各等级公路中也是层出不穷。本文从沥青路面车辙的形成入手，就材料、路面结构和外部因素三方面分析了车辙的影响因素，最后提出了一些解决沥青路面高温稳定性问题的方法。

关键词：沥青路面形成车辙高温稳定性

abstract: the high temperature stability has been the focus of research of asphalt pavement, the rut in the level of highway problem is endless. this article from the formation of the asphalt pavement of rut, materials, pavement structure and external factors in the analysis of three rut influence factor, finally puts forward some solving the asphalt pavement of high temperature stability method.

keywords: asphalt road surface wheel rut form high temperature stability

中图分类号：u416.217 文献标识码：a文章编号：

1. 引言

随着高速公路在我国的大规模修建，沥青路面的使用性能越来越受到重视。在我国高等级公路的路面结构中，绝大多数的路面都是沥青路面，许多路面在通车后不久就出现了泛油、坑槽、车辙、开裂等病害现象，其中最为严重的就是车辙病害。

车辙是指路面的结构层及土基在行车荷载作用下的补充压实，以及结构层材料的侧向位移产生的累积永久变形。它不仅降低了路面的使用寿命，还严重影响着行车安全性，表现为沿行车轨迹产生纵向的带状凹槽，严重时车辙的两侧还会隆起变形，主要产生于高温时沥青路面各层的永久变形。永久变形主要是由于各结构层厚度的减少，车辙深度的91％发生在路面本身，其中32％发生在面层、14％发生在基层、45％发生在底基层；9％由路基沉陷引起【1】。然而，目前我国的高等级公路（沥青混凝土路面）广泛采用半刚性基层，使得基层、路基产生的永久变形量占车辙总量的比例越来越少。大量的观测调查及理论计算表明，半刚性基层地基高等级沥青路面面层产生的永久变形量占车辙总量的90%以上，因此沥青面层的永久变形已成为车辙研究的重点。

2. 车辙形成分析

2.1 分类

沥青路面在缓慢移动或重交通作用下会产生变形并留下永久性的微变形。随着时间的推移，这些微变形会积累并产生车辙现象。车辙不仅随交通荷载的增大而增加，也随温度的升高而增加。车辙常常由于交通荷载的作用，材料的侧向移动而引起。在荷载区域附近的路面上层，我们经常可以看到车辙。

根据成因，车辙可分为以下几种类型【2】：

2.2 形成过程及原因

纵观车辙形成过程，可以简单地分为三个阶段【3】：

图1沥青路面在行车反复作用下的车辙发展

（1）开始阶段的压密过程

沥青混合料在被碾压成型前是由骨料、沥青及空气组成的松散混合物，经碾压后高温

下处于半流态的沥青及由沥青与矿粉组成的胶浆被挤进矿料间隙中，同时骨料被强力排列成具有一定骨架的结构。碾压完毕交付使用后，当汽车荷载作用时，此密实过程还会有进一步发展。

（2）沥青混合料的流动

高温下的沥青混合料处于以粘性为主的半固体，在轮胎荷载作用下，沥青及沥青胶浆

便产生流动，从而使混合料的网络骨架结构失稳。这部分半固态物质除部分填充混合料空隙外，还将随沥青混合料自由流动，从而使路面受载处被压缩而变形。

（3）矿质骨料的重新排列及矿质骨料的破坏

高温下处于半固态的沥青混合料，由于沥青及胶浆在荷载作用下首先流动，混合料中

粗、细骨料组成的骨架逐渐成为荷载主要承担者，再加上沥青润滑作用，硬度较大的矿料颗粒在荷载直接作用下会沿矿料间接触面滑动，促使沥青及胶浆向其富集区流动，以致流向混合料自由面，特别当骨料间沥青及胶浆过多时，这一过程会更加明显。

此外，车辙的形成跟沥青路面结构的受力情况也有很大的关系：（a）半刚性基层沥青路面的压应力分布情况

（b）半刚性基层沥青路面的剪应力分布情况

综合上述分析可知，引起沥青混凝土永久变形的主要原因是剪切变形。所以研究沥青混合料的稳定性主要是研究沥青混合料在高温下抵抗流动变形的能力。沥青混凝土路面出现车辙和变形的原因很多，因为沥青混合料不稳定，行车对基层压实成型后的沥青混合料进一步压实，轮迹对路面的过分磨耗，以及在载重车车道、公共汽车站和交叉口的超载作用，高温作用等，沥青混凝土路面均会出现车辙和变形。下面对影响沥青混凝土路面车辙的因素进行探讨。

3. 沥青混凝土路面车辙影响因素

3.1 材料

纵观我国现行沥青路面设计，主要依据指标是沥青混合料的强度，这取决于沥青混合料的粘结力和内摩擦角；粘结力又取决于沥青材料的性质和稠度、沥青矿料比和沥青与矿料的相互作用，受沥青混合料所用骨料如碎石大小、形状、级配和矿料数量的制约，增加内摩擦角和矿料等颗粒间的嵌挤作用可以提高沥青混合料的抗剪稳定性【4】。

3.1.1 沥青的种类和用量

沥青的种类和用量直接影响着混合料的综合性能。沥青种类不同，混合料的性能不同。粘度高、针入度小、软化点高、含蜡量低以及经过改性的沥青相对抵抗永久变形能力明显优于普通沥青。沥青用量的多少直接影响着混合料中矿粉的骨架、嵌挤作用，对沥青混合料的抗车辙能力有着重要的作用。沥青用量过大时，游离沥青

较多，便削弱了矿粉之间对高温稳定性起决定作用的嵌挤力，从而使沥青混合料易于产生流动变形而形成车辙；相反，沥青用量过低，混合料坚硬松散难以压实，同样也影响着路面的抗车辙能力。

3.1.2 矿料的影响

矿料的表面纹理、形状、扁平颗粒含量、与沥青粘附性等都是影响混合料高温性能的因素。表面粗糙、形状接近立方体、扁平颗粒含量低的矿料颗粒易于形成嵌挤结构，采用这类矿料有利于沥青混合料车辙性能的提高。此外，采用坚硬干燥洁净的碎石，硬度大、棱角尖锐的砂和高质量的矿粉对抵抗永久变形十分有利。例如，用石灰岩或冶金矿渣制成的矿粉掺拌的沥青混合料具有较高的高温

稳定性能。

另外，矿料级配对沥青混合料的抗车辙性能影响也是极大的，单纯地增大矿料粒径并不能提高路面的抗车辙能力。相反，良好的级配和最大密实度，却能提高沥青混合料的高温稳定性。这是因为良好的级配可以使矿料之间形成良好的骨架，再加之最大密实度，使得矿料之间的嵌挤力增加，这急剧地提高了沥青混合料的抗车辙能力。

3.2路面结构

沥青路面结构层次的合理选择和安排，是整个路面结构是否能在设计使用年限内承受行车荷载和自然因素的共同作用，同时又能发挥各结构层的最大效能，使整个路面结构经济合理的关键。路面结构层通常是用密集配、嵌挤以及形成板体等方式构成的，影响结