沥青路面高温稳定性影响因素分析

沥青路面高温稳定性影响因素分析
关键词高温稳定性高温车辙破坏沥青组分沥青混凝土组成设计
摘要本文从材料、结构等方面简要地介绍了沥青路面高温稳定性的影响因素，仅供大家参考。

沥青路面至问世以来以其优越的路面使用功能一直受到人们的青睐。

但由于沥青路面材料与结构比较复杂，特别是沥青由于其成分为多种物质的混合物我们一直以来主要用它的物理性质来表征它，因此时至今日如何铺筑更好的沥青路面还是我们道路工作者研究的方向。

沥青路面破坏形式主要有高温车辙破坏、水损害（包括坑槽、松散等）、低温裂缝破坏、疲劳破坏等。

但水损害和低温裂缝破坏主要是局部破坏，而疲劳破坏又取决于基层是否具有足够强度或沥青路面使用后期才产生疲劳破坏，只有沥青路面的高温稳定性造成的破坏是大面积的。

沥青路面一旦出现高温稳定性破坏，在渠化交通的作用下将会出现较长段落乃至全线路的车辙和推移拥包以及路面构造深度消失抗滑性能迅速下降等破坏，严重影响交通安全和行驶的舒适性。

因此，高温稳定性一直是沥青路面设计的重要指标，也是设计中的难点。

现在我们就沥青路面的高温稳定性影响因素做以简要的分析仅供各位同行参考。

一、材料因素
1、沥青
作为沥青路面的粘结剂，沥青品质的好坏是至关重要的。

我国由
于石油工业发展较晚，最早铺筑的沥青路面是使用木焦油沥青，因此现在我们对沥青路面的俗称柏油马路还是木字旁。

由于木焦油沥青含有较多的芳香烃高温稳定性极差，也就造成了早期的沥青路面人踩上去会留下鞋跟印。

（1）沥青组分影响
沥青是多种碳水化合物的混合物，是无定形物质，所以它没有明确的融点，随着测试温度的升高，沥青逐渐软化。

我们只能人为规定在一特定实验条件下沥青达到规定的软硬程度时的条件温度为沥青的软化点，软化点是评价沥青高温性能的一个重要指标。

沥青的主要成分为沥青质、树脂、芳香烃、饱和烃四大类，我们分别用ｘ、ｙ、ｚ、ｗ表示。

研究表明，沥青的软化点是由沥青的组分决定，软化点可用下式表示，其误差的标准差为3℃。

T R＆B＝1.19ｘ-6.71×10-1ｙ－6.82×10-1ｚ－8.38×10-2ｗ＋83.6 由此可见，沥青质含量对软化点的高低影响最大，随着低分子向高分子的转变，软化点也随之提高。

沥青是粘弹性体，我们通常希望它在夏天硬一点软化点高一点，冬天软一点脆点低一点，但事实是软化点高的沥青,脆点也很高。

因此，结合沥青的抗冻性指标我们在选择沥青时要兼顾其高低温性能。

（2）蜡的影响
从上个世纪60年代大庆油田开发以来，许多石蜡基原油生产的渣油、沥青的含蜡量高达10％以上，有的甚至达20％。

尽管我们采取了很多措施如石蜡基原油炼制的渣油采取丙烷脱蜡工艺等，含蜡量
还是很难降到4％以下。

存在于沥青中的蜡分为结晶蜡和非结晶蜡，结晶蜡又分为粗晶蜡和微晶蜡，非结晶蜡则是无定形蜡。

研究表明，蜡对沥青的影响不止与总的含蜡量有关，还与蜡的存在形式有关。

总的含蜡量对沥青的粘温曲线斜率有重要影响，使沥青温度敏感性变严重，直接影响高温时的永久变形和低温时的开裂性能。

而结晶蜡在低温是结晶析出，是沥青路面开裂的重要因素，粗晶蜡危害大于微晶蜡，无定形蜡不存在断面，不会使沥青产生自发开裂，它对高温是降低沥青的粘度起重要作用。

总结蜡对沥青高温性能的影响主要有：
a.蜡在高温时融化，使沥青粘度降低，影响高温稳定性，增大温度敏感性。

b.蜡使沥青与集料的亲和力变小，影响沥青的粘结力及抗水剥离性。

c.蜡的结晶及融化使一些测定指标出现假相，使沥青的性质发生突变，使沥青在这一温度区的变化不连续。

因此针入度测定必须采用预冷法，软化点需要采用当量软化点T800进行修正。

从“七五”国家科技攻关开始，交通部门与石化部门合作，用属于中间基或环烷基的重质油（稠油）炼制重交通道路沥青，蜡含量大大降低，单家寺、欢喜岭、克拉玛依、羊三木、渤海等稠油在不混掺稀油的情况下炼制的沥青，其含蜡量一般均能小于3％。

通过大量试验表明，当蜡含量低于3％时，对沥青的质量不会产生较大影响，因此我国现行规范将二级及二级以下公路沥青路面含蜡量规定为不大
于3％，高速公路和一级公路沥青表面层不大于2.2％，而我们部分高速公路建设部门在沥青招标时就将含蜡量定为不大于2％，各沥青厂商也能够做到。

（3）改性沥青
人们很早就想到了对沥青进行改性以提高其高低温性能，最早是将湖沥青、岩沥青等天然沥青掺加使用，由于湖沥青、岩沥青等天然沥青经过了长期的自然氧化等化学过程，具有良好的高温稳定性。

沥青改性剂主要分为热塑性橡胶类、橡胶类和树脂类。

热塑性橡胶类改性剂SBS，它能有效地提高沥青的高低温性能；橡胶类改性剂SBR的最大特点是低温性能比较优越；而树脂类EV A及PE的最大特点是高温性能明显改善。

目前应用最为广泛的是SBS改性剂，其沥青厂商生产的SBS类成品改性沥青软化点能够达到70℃以上，很大幅度提高了沥青的高温性能。

2、集料
集料是构成沥青路面的骨架，集料的质量将直接影响沥青路面的高温稳定性。

（1）碎石
目前公路运输日益发展，各种大型重载车辆对沥青路面提出严峻的考验，部分路面出现的车辙问题就是因为石料的强度不够，在重载车作用下出现压碎现象造成的。

国家最新版《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40—2004中对石料提出了更高要求（表1），而且部分高速公路建设单位放弃了传统的沥青路面材料石灰岩，选用了强度更高
的玄武岩。

（2）砂
由于目前石料加工技术的限制，机制砂和石屑不能形成良好的级配，必须在细集料部分使用天然砂。

但天然砂都接近于圆形，内摩阻力很小，严重影响沥青混合料的高温稳定性。

因此，我国现行规范提出了限制天然砂的使用，不宜超过集料总量的20％，美国Superpave 也提出了限制区理论，限制细集料的使用。

二、结构因素
沥青路面的配合比组成设计是影响沥青路面最关键的因素，也是最复杂的因素。

沥青路面材料方面的研究无论有多少各影响因素，我们都可以对应的制定出相应的标准、指标。

而配合比设计则是在规定的级配范围内可以做出无数条级配曲线，有无数种比例掺配方法，而且其中大部分还都能满足规范要求的验证指标，这就需要配合比设计人员具有较高的业务水平和现场经验。

在沥青路面配合比设计中，有些指标是相互矛盾的，比如我们希
望沥青路面具有更好的高温性能，我们就会将混合料设计的粗一些，让粗集料之间形成骨架结构，用粗集料之间的嵌挤力抵抗外力作用；但为了起到抵抗水损害作用，我们又得将级配设计的配细一些保证沥青路面不透水，在实际操作中我们常常是这些指标都要兼顾。

在目前的高速公路建设中，设计单位通常会采用一到两层密级配，保证路面不透水，表面层采用较粗的抗滑表面层。

但根据调查，由于表面层通常采用热稳定性较好的改性沥青和较粗的级配，通常产生车辙的层次是中面层和下面层。

因此，我们在沥青路面配合比设计时要选用棱角性、坚固性好的石料，限制天然砂和细集料的用量，同时通过大量的试验在保证不透水的前提下尽可能的使混合料趋向骨架结构提高其高温稳定性。

由于我国幅员辽阔，南北气候、地理差异极大，因此国家制定的规范范围也较广。

为了能够作出更适合于各地气候的沥青路面配合比，各地专家在结合国家规范基础上都制定了适合本地气候的较窄的级配范围，减小配合比设计者人为因素的影响。

例如我省道路工作者就结合黑龙江省的气候特点制定了AC－16和AC－20的黑龙江调整型级配。

综上所述，影响沥青路面高温稳定性的因素很多，我们只有一丝不苟的对待生产中的每一个环节，才能作出高质量的沥青路面。

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