沥青混凝土类型对路面结构受力的影响研究

2014-01-22韦营

中国新技术新产品 2014年15期

韦营

（昂昂溪区交通运输局，黑龙江齐齐哈尔 161031）

一、概述

我国高速公路不断建设和发展，公路交通数量明显增多，私家车数量的快速增长和大型重型机车数量的不断增加使得公路负荷越来越大。车辆大型化、载重增加化和车速加快化使得路面破坏加剧。除此之外，重载和超载现象屡禁不止，减少了公路的使用年限。研究沥青混凝土类型对路面结构受力的影响，能够判断出沥青混凝土中对路面结构特性影响的主要材料因素，并针对这些结构受力变化采取相应的措施，保证公路的质量，延长其使用寿命。

二、路面结构层组成

路面结构层指的是路面的每层构成，主要可以分为面层、基层和垫层。面层指的是路面车辆行驶直接接触的结构层，位于道路的最上层，承受来自车辆荷载的垂直压力、摩擦力和空气流动带来的不利影响。面层是路面结构层中受外界环境影响最大的一个结构层，所以，对面层的强度和抗滑、抗磨性能要求非常高，这直接关系到道路的使用寿命。本文所研究的沥青混凝土类型对路面结构力学性能的影响指的就是面层的力学性能变化。

三、沥青混凝土的类型

混凝土类型分为水泥混凝土和沥青混凝土两大类。水泥混凝土常用于高层建筑和办公楼等的建设，而沥青混凝土主要用于高速公路建设。其中，沥青混凝土按照不同的分类标准，又可分为不同的种类。

1 按照所用集合料粒径的不同，可以分为细粒式沥青混凝土、中粒式沥青混凝土、粗粒式沥青混凝土三大类。

2 按照沥青混合料压实后密实度的不同，可以将沥青混凝土分为一级密级配沥青混凝土、二级沥青混凝土和开级配沥青混凝土三种。

四、不同集合料粒径沥青混凝土对于路面结构受力的影响

1 细粒式沥青混凝土指的是集合料粒径在9.5mm-13.3mm之间拌制成的沥青混凝土。细粒式沥青混凝土的密实度较高，很容易满足高速公路的防水和防渗性能的要求。并且，由于细粒式沥青混凝土的密实性良好，在铺设的过程中，只需要很薄的一层就可以。与此同时，这种混凝土的弱点就暴露了，路面性能尤其是耐久性、抗滑性能和抗高温变形能力就会出现问题。密实性良好，则抗高温性能和抗滑能力就会差一些；若路面的抗滑移能力和抗车辙能力较强，则路面孔隙率就会较大，路面结构层抗渗能力就会变差，路面容易渗水，渗水后造成路基膨胀、不平，导致路面破坏。所以，细粒式沥青混凝土对路面结构的影响主要表现在路面抗滑和抗高温能力较差。

此外，细粒式沥青混凝土的孔隙率小，则抗震能力和传力能力较强，由路面传来的作用力在路面没有得到很大程度的减少，所以，这种路面对基层和垫层的要求非常高。由于路面面层和基层之间的承受力和变形差别较大，路面面层结构受力均匀，面层和基层、垫层之间很容易形成层面错移，导致公路破坏。

2 中粒式沥青混凝土指的是集合料粒径在16mm-19mm之间拌制成的沥青混凝土。中粒式沥青混凝土的密实度相比细粒式较差，但是其集合料粒径稍大，骨料之间空隙较大，混凝土粗一些，使得其抗高温变形能力和抗滑能力增大，耐久性更高一点。但是，正是由于骨料粒径大，其抗渗能力和防水能力较低。一般用只能中粒式沥青混凝土铺筑，厚度在3.5cm到6cm，并且为单层铺筑。一般为了加强路面的防水抗渗能力，会在表面进行处理。

中粒式沥青混凝土是一种中和状态的路面结构，其各种力学性能均衡，路面结构受力较均匀，传力能力较好，所以，其破坏形式一般为路面碾压破坏，使用寿命相对较长。

3 粗粒式沥青混凝土指的是集合料粒径在26.5mm-31.5mm之间拌制成的沥青混凝土。粗粒式沥青混凝土的骨料粒径最大，其孔隙率较大，则抗渗能力和防水能力较差，相对的，这种路面的抗滑能力和抗高温能力也最大。

粗粒式沥青混凝土路面结构最为复杂。首先，由于摩擦水平力大，路面受到的水平力大，应力分散和互相抵消减少路面的破坏程度。铺装上层的纵向拉应力比横向最大拉应力大，下层的应力和应变在一定程度上弧形抵消一部分，所以，路面结构受力破坏最严重的部位就是路面上层。粗粒式沥青混凝土路面属于柔性结构层，其承担压力和传力性能都比较好，结构受力均匀分散不易产生温缩和干缩开裂，路面裂缝产生较少，所以这种路面现在应用较广。

集合料的粒径大小直接关系混凝土强度的大小，集料的压碎值、抗压强度大小和集合料中细长扁平颗粒的含量都会影响路面的稳定性。细粒式沥青混凝土，其颗粒粒径小，集料的压碎值小，抗压强度大，路面的稳定性相对较大，路面不易发生因超载重载发生变形。但是，细粒式沥青混凝土路面膨胀后由于空隙小，容易发生因温度差异过大而发生变形的现象。所以，细粒式沥青混凝土路面多用于温差较小且常年多雨的南方城市。中粒式沥青混凝土虽然比细粒式沥青混凝土的孔隙率大，其抗高温能力较大，但是，因为集合料粒径大，其压碎值和抗压强度就会下降，继而路面稳定性能下降。这种混凝土常见于中部地区和北方二级公路中。粗粒式沥青混凝土最大的优点就是抗滑能力好，孔隙率大，在温度变化大的环境下变形较小。同时，由于粒径过大，其抗压性能和防水能力最差，所以，这种路面常用于缺水且温度变化较大的西北地区。