2021-11-25
 
沥青混凝土路面高温稳定性影响因素分析
2021年11月25日   阅读量:19093

摘 要

近年来,随着交通量的急剧增加导致沥青混凝土路面出现车辙、拥包、推移等病害。这些病害加速了沥青混凝土路面的早期破坏,直接影响路面的正常使用,而这些病害的根本原因就是沥青混凝土路面的高温稳定性较差。本文从沥青混凝土路面的各方面分析了沥青混凝土的高温稳定性影响因素,提出了改善和提高的相关措施沥青网sinoasphalt.com


关键词 沥青混凝土路面 | 高温稳定性 | 影响因素 | 措施

近年来,随关交通量猛增及轴载大大增加,沥青混凝土路面高温稳定性较差引起的车辙、拥包、推移等病害相当严重,引起了国内外很多机构及学者的高度重视和对改进措施的大量的研究,沥青混凝土路面的高温稳定性是沥青混凝土面层设计时的一项重要指标,它反应了沥青混凝土路面在高温和荷载作用下抵抗车辙、拥包和推移等永久变形的能力。对于现阶段高速公路来说,高温季节的渠化交通是引起车辙的重要原因,为了提高沥青混凝土路面的抗车辙能力,研究沥青混合料的高温稳定性具有相当重要的意义。

影响沥青混凝土高温稳定性的主要因素

车辙是沥青混凝土高温稳定性较差的主要表现行式,引起车辙的因素有沥青混合料的组成材料、集料级配、油石比、粉胶比等。

沥青混合料的组成材料

沥青混合料是由沥青、集料、矿粉组成,这些材料的物理力学性能不同成度地决定了沥青混合料的物理力学性能,直接反应出沥青混合料马歇尔稳定度、流值、动稳定度等指标的差异。


(1)沥青。沥青的标号决定了沥青的软化点、针入度等指标不同,而软化点的高低也就确定了沥青耐高温的能力,软化点越高,抵抗高温稳定性的能力也就越强,因此沥青的标号在很大程度上决定了沥青混合料的高温稳定性,如表1所示。同时沥青的温度敏感性在沥青混合料高温稳定性上也起着决定性的作用。

沥青混凝土路面高温稳定性影响因素分析 沥青网,sinoasphalt.com

(2)集料。集料是沥青混合料的重要组成部分,首先集料的性质决定集料与沥青的粘附性,一般情况下如石灰岩、玄武岩等碱性石料对沥青的粘附性较好,粘附性越好则相应的混合料的动稳定度越好。如花岗岩等酸性石料对沥青的粘附性较差,则相应的混合料的动稳定度也就较差。其此碎石的破碎面及破碎颗粒的形状也对沥青混合料的高温稳定性也有一定的影响,碎石的破碎面越大、破碎形状越接近正立方体的碎石堆积密度较大,空隙率较小且具有一定的自锁作用,因些有利于提高沥青混合料的高温稳定性。


(3)矿料。矿粉在沥青混合料中起着相当重要的作用,首先要使用火成岩矿石研磨而成的亲水性矿粉,它与沥青的胶结较好。其此矿粉的细度越大比表面积也就越大,矿粉的比表面积越大它与沥青形成的胶结物粘聚性也就越强,因此沥青混合料的高温稳定性也就越好。

级配

集料的级配决定了矿料间的密实程度及承载外力的能力,也直接影响到沥青混合料的高温稳定性。根据以下的试验数据可知,级配曲线一般成S形时混合料抵抗外力的能力较强(图1、图2及表2),也就是说级配集料的中间颗粒较多,在集料内部形成一个良好的骨架嵌挤结构,并具有较高的密度和适合的空隙率。

沥青混凝土路面高温稳定性影响因素分析 沥青网,sinoasphalt.com

沥青混凝土路面高温稳定性影响因素分析 沥青网,sinoasphalt.com

油石比

沥青混合料油石比存在一个最佳油石比的问题油石比较小时,沥青混合料具有较高的劲度,沥青混合料的压实效果会很差,导致其抗车辙能力、水稳定性较差。当油石比增加到一个最佳值时,沥青和矿粉组成的粘结物粘聚力最强,沥青混合料的马歇尔稳定度、动稳定度最大,流值较小(表3及图3~图8)。但超过最佳油石比时,在沥青混合料中会形成自由沥青,其致使沥青混合料的动稳定度等各项力学指标直续下降。

沥青混凝土路面高温稳定性影响因素分析 沥青网,sinoasphalt.com

沥青混凝土路面高温稳定性影响因素分析 沥青网,sinoasphalt.com

粉胶比

当粉胶比过小时,沥青混合料中自由沥青较多,其高温稳定性较差,抗车辙能力明显下降。而当粉胶比过大时,沥青无法满足矿料较大的比表面积,沥青胶浆干涩、粘聚力降低、与碎石的黏附性变差,导致沥青混合料的动稳定度变小。粉胶比对沥青混合料的高温稳定性具有很大的影响,因此经试验确定一个合理的粉胶比对提高沥青混合料的抗车辙能力具有相当重要的意义。


(1)粉胶比经持续增大,沥青混合料的高温稳定性能明显改善,但其增大到一定数据时,沥青混合料的高温稳定性能会明显降低,经多年的试验数据分析,沥青混合料的粉胶比不宜大于1.4。


(2)从沥青混合料的低温性能来分析,经试验数据可明显看出随着粉胶比的增大,沥青混合料的低温稳定性能下降,若从低温稳定性考虑粉胶比不宜超过1.2。


(3)在进行沥青混凝土配合比设计时,在精心选择级配曲级及确定油石比的同时,要将粉胶比严格控制在1.2以内。

提高沥青混合料高温稳定性的措施

通过上述对沥青混合料高温稳定性形成原因和影响因素的分析,我们可以对其采取一定措施来改善和提高沥青混合料的高温稳定性,使之避免出现车辙、拥包、推移等病害。

集料

对于渠化交通的高速公路和一些有特殊要求的路段,我们应选用饱水抗压强度较大的碱性母岩破碎加要集料。破碎方法宜选反击式破碎法,使之加工的碎石颗粒接近于立方体、针片状颗粒含量较少。细集料尽量少用石屑,因石屑首先级配不好,一般都却少2.36mm以下的填充颗粒,会导致将来沥青混凝土路面不密实、空隙较大。其次石屑是在破碎碎石时打掉的一些边角石料,其强度较低难以承载渠化的重交通荷载,致使沥青混凝土路面容易出现车辙。

油石比

油石比对沥青混合料的高温稳定性影响相当明显,一般情况下当采用细粒式或中料式密级配沥青混合料时,为避免出现车辙应适当降低油石比,因此在用马歇尔法设计配合比时,最佳油石比应尽量取油石比取值范围的下限。但对于粗粒式或开级配沥青混合料,在考虑抗车辙时应综合分析级配、集料对沥青的吸收性、混合料的空隙率等因素,不能简单地采用降低油石比的方法来提高抗车辙能力。

级配类型

较粗的级配具有良好的抗车辙能力,但级配过粗时混合料无法承受较重的荷载,反而形成较大的车辙。因此应选用合适的级配类型,一般来说,AC型密级配抗车辙能力一般,而SMA骨架密实型级配抗车辙能力较强,但它是一种沥青玛蹄脂结构,设计施工时应严格控制混合料的各项指标。

施工控制

施工过程中首先应严格控制施工配合比的计量,各种材料用量必须严格控制在偏差范围内,以保证混合料的内在质量。其次严格控制施工温度,包括拌和、摊铺、碾压温度都必须在设计规定的温度下进行。第三控制好混合料在出料、运输、摊铺过程中的集料离析与温度离析。最后控制好混合料的压实度,压实是沥青混合料的最后一道工序,也是最重要的工序。具有良好内在质量的沥青混合料,只有得到充分而合理的压实才能体现出混合料优良的路用性能,因此压实过程中即不能过压也不可欠压。

沥青类型

沥青类型的选用应根据环境气候、交通条件、道路等级等合理选用。在气温较高、渠化交通的道路中应使用粘稠度较高的道路石油沥青或改性沥青。使用改性沥青比使用基质沥青的混合料动稳定度提高1倍以上,因此可大大增加沥青混凝土路面的抗车辙能力。

沥青混合料的空隙率

沥青混合料压实后应有一个合适的空隙率,空隙率偏大会使颗粒间的接触应力不足,致使有足够的空隙使混合料颗粒发生位移形成车辙。当空隙率过小时,沥青混合料会在高温与外力共同作用下发生剪切变形形成车辙,因此合理控制沥青混合料的空隙率也是提高沥青混凝土路面抗车辙能力的重要因素。

结语

本文通过对沥青混合料的组成材料、级配、油石比、粉胶比等方面的分析提出了混合料的高温稳定性的影响因素,从集料、油石比、级配类型、施工控制、沥青类型、空隙率等方面提出了改善、提高沥青混凝土路面高温稳定性的措施。即在经综合分析考虑后,采用碱性高强度石料破碎的接近立方体颗料的碎石、减少石屑用量、合理控制油石比及粉胶比、采用高稠度沥青或改性沥青、采用碱性矿粉、加强施工控制等措施来提高沥青混凝土路面的高温稳定性。

沥青混凝土路面高温稳定性影响因素分析 沥青网,sinoasphalt.com