浅谈如何提高沥青路面抗车辙能力

田林

【摘 要】高温稳定性能是沥青混合料的一项重要路用性能，稳定性不足而引发的病害，包括在水平力的作用下产生的推移、壅包、波浪等，而对于渠化交通严重的高速公路沥青路面而言，高温稳定性的问题突出表现为车辙本文通过工程实例，提出影响沥青混合料的高温稳定性的诸多因素，随着对沥青路面高温车辙的认识以及试验设备的不断完善，对影响沥青路面的高温稳定性因素加以控制。

【关键词】沥青混合料 车辙 配合比设计

随着车辙现象的加剧，沥青路面混合料骨料会重新排列，使沥青路面出现纵向裂缝、松散从而使路面结构发生破坏。对超重车辆及持续高温对路面的抗车辙能力影响估计不足，基层顶面透层与下封层乳化沥青用量过大，在高温时起到了润滑作用，加剧了层间流动。同时抗水损坏能力与抗车辙能力在沥青混合料的结构设计的技术要求是相互矛盾而由相互制约的。

1 车辙形成的机理

车辙形成的三个阶段：

1.1沥青混合料的后续压实

沥青混合料的再次碾压成型前是有骨料、沥青、胶结材料组成的松散混合物，经过碾压后，高温下处于半流动态的沥青及由沥青与矿粉组成的胶浆被挤进矿料间隙中，同时骨料被强力排挤成具有一定骨架的结构。碾压完毕交付使用后，沥青混合料在初期阶段，在汽车荷载的作用下进一步压实，形成微量的永久变形，如果压实效果好，这一变形可以忽略不计。

1.2沥青混合料的流动变形

在高温及车辙荷载作用下，沥青混合料中得自由沥青及沥青与矿料形成的沥青胶浆会首先流动，从而引发沥青混合料的流动变形，混合料网状骨架结构产生失稳，这部分半固态物质除部分填充于混合料空隙外，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。

1.3沥青混合料的结构性失稳变形

处于半固态的沥青混合料，由于沥青及胶浆在荷载及高温作用下首先流动，混合料中粗、细料组成的骨架逐渐成为荷载主要承担者，随着温度的升高或荷载的增大，在加上沥青的润滑作用，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，促使沥青及胶浆向富集区流动，导致沥青混合料的结构失去稳定性，特别是当骨料间沥青及胶浆过多时，这一过程更明显，也往往产生较大的流动变形。

2 提高车辙的影响因素

影响沥青路面车辙的因素包括路面结构材料、材料性能及组成、施工质量（内在因素）；交通荷载条件、气候条件，水文地质条件及路线纵坡等（外在因素）。

路面结构材料：

2.1改性沥青

SBS改性沥青是一种在目前广泛使用的改性沥青，它具有较好的高温稳定性和低温抗裂性；与其基质沥青相比，其高温粘度增大，软化点升高；在良好的设计配合比和施工条件下，沥青路面的耐久性和高温稳定性明显提高。SBS改性沥青在高等级公路及其它道路上的应用，显著提高了路面的使用性能，大幅度延长了路面的使用寿命。

改型沥青作为一种新型路面胶结材料，以其良好的高温稳定性、低温抗裂性和出色的粘附性、耐疲劳性能，受到业内人士的高度重视。在一些气候条件恶劣、交通量大或一些政治经济特别重要的路段，当使用普通重交通道路沥青不能满足使用要求时，采用改性沥青则是较为有效的对策。

改性沥青的效果比较好，但存在沥青与改性剂的相容性问题，为了达到更高的抗车辙性能，需要高剂量的改性剂，而高剂量的改性剂难以在沥青中分散均匀，而且在运输途中和储存过程中会出现改性剂与沥青的分层离析，其性能反而不如基质沥青，另存在成本较高的问题。

沥青路面所用基质沥青为SK-90沥青，根据《公路沥青与沥青混合料试验规程》对其进行各项指标检验。采用SK-90基质沥青各项指标均满足现行《公路沥青路面施工技术规范》的要求。

但是，现行规范主要控制指标、改性沥青工艺主要控制参数是否使改性沥青的技术性质发挥到最好水平，这些技术参数变化对沥青混合料技术性质影响有多大，有时所使用的改性沥青各项技术指标均满足规范要求，但其所铺筑路面的路用性能不尽人意，甚至不及未改性沥青路面，诸如此类相关问题说明如何控制、提高改性沥青质量；如何选择改性沥青技术参数，还存在许多值得研究的问题。

对于组成确定的混合料，其车辙性能取决于沥青的粘度。对于高温与低温兼有的地区，为使沥青混合料具有必要的耐高温变形能力、同时沥青应有较高的软化点。严格控制沥青的合理用量是很关键的，沥青混合料的力学性能在温度、级配等不变的情况下，沥青用量的大小对于马歇尔稳定度的影响较大，沥青混合料的沥青用量必须严格按照马歇尔试验指标，并综合考虑气候条件、交通类型、公路等级等因素，同时进行混合料的残留稳定度检验，并对拟定的配合比进行车辙试验，合理确定最佳沥青用量。沥青用量过小会使沥青不足以裹覆矿料的全部比表面积或虽全部裹覆但沥青膜太薄，使矿料间的粘结力降低，动稳定度下降。

总之在施工中必须控制好基质沥青的质量、改性沥青的加工过程、及其成品改性沥青的质量。

2.2集料

集料特性在沥青混合料抵抗高温变形方面起着重要作用，集料的特性包括粗集料的棱角性、细集料的棱角性、针片状颗粒、压碎值、磨耗性等，他们对沥青混合料的骨架结构的稳定性有重要的影响。粗细集料的棱角性尤其是粗集料的棱角性越好，集料形成的骨架结构越稳定。矿料所形成的骨架及嵌挤力是沥青混合料抵抗变形能力的基础，因此接近立方体，抗压、耐磨性强的矿料采用合理的级配，是沥青混合料抗车辙的关键所在。

扁平细长颗粒含量太大，会再碾压过程中较早压碎，导致级配退化，从而降低粗集料之间的相互嵌索能力降低混合料的路用性能。沥青混凝土的空隙率随扁平细长颗粒含量的增长而增加，空隙率增加会降低混合料的密度和矿料的间隙率VMA，沥青混凝土中针片状含量增大会降低沥青混合料的稳定性和疲劳寿命，增加空隙率、粗集料破碎量，导致级配退化。为此在级配设计时严格控制集料质量。

（1）集料的生产技术控制。1）料源控制：覆盖层薄、开采容易、选择向阳面；2）源石的处理：①分区堆放；②除杂处理。3）集料的生产设备控制：用于道路沥青面层的碎石集料应具有良好的颗粒形状，选用反击式破碎机破碎，有条件采用碎石整形机提高集料的棱角性。4）设置除土设备：①防止集料的粉尘含量；②破碎机口宜采用人工喂料；③要防止山皮分化料；④要有隔土的筛孔；⑤在一级颚破下方设置除尘筛。5）杜绝碎石场混料现象，发生混堆，乱倒现象，采取停止进料

（2）矿质的选择。1）选用反击式破碎加工的碎石，不采用颚式破碎单机加工生产的碎石；2）侧重品种：黑山口碎石场较多，规格品种较多，在大范围调查的基础上，按照设计文件规定的上下面层采用玄武岩，通过品种淘汰一些料源；3）侧重主要指标：粗集料应洁净、表面粗糙、无分化、无杂质且根据对规格、压碎值、针片状、磨耗、磨光等主要指标的要求，在淘汰一些料源；4）全面试验：对筛选后的料源全面性能试验检测比较，最终确定料场；5）调整碎石场振动筛，最大筛孔适当放小2-3mm，以增加中间集料，使级配更接近骨架密实，提高混合料动稳定度。

（3）沥青拌合场的场区控制。1）料场全部采用水泥砼硬化，不同规格之间设置1.5米的隔档；2）备料过程中，分层、逐层堆放，减少从高处往下倒料，产生碎石的离析现象；3）不同细集料分档堆放，按比例逐仓上料，避免应某种细集料偏细或偏粗影响沥青混合料密度等各项指标。

（4）集料的粘附性。粘附性是衡量沥青与矿料裹覆后的剥落情况，它取决于沥青与矿料的种类。沥青与碱性石料的粘附性好于酸性石料，对同一标号的沥青，其粘附性的好坏直接影响车辙试验的结果，粘附性好动稳定度高，粘附性差动稳定度低。

（5）集料试验结果。项目碎石采用玄武岩，项指标均满足现行《公路沥青路面施工技术规范》的要求。

3 矿粉

在沥青混合料中，沥青和填料以及集料中0.15mm以下颗粒共同形成沥青胶浆裹覆在集料表面，起着粘附粗、细集料颗粒，使沥青混合料凝聚在一起的作用。沥青只有吸附在矿粉表面形成胶浆才能与其他粗、细集料产生吸附和粘结作用，形成具有一定强度和变形能力的沥青混合料。因此，虽然矿粉的用量在沥青混合料中所占的比重并不大，但其与沥青形成的沥青胶浆却是影响混合料性能的关键因素。沥青胶浆中沥青与矿粉的相对比例影响着沥青胶浆的性质，进而影响着沥青混合料的高温、低温等路用性能

矿粉作为沥青混合料中得一种材料，用量只占4-10%，但其表面积却占沥青混合料的总表面积的80%以上，矿粉通过交互作用，增加结构沥青的数量，提高沥青混合料的粘结力，同时矿粉对提高沥青混合料的抗剪切能力起特殊作用，形成较强的沥青膜，大大提高了沥青的粘聚力，降低了沥青混合料的空隙率，因而减少了自由沥青的含量，因此减少路面的泛油，提高车辙能力。

4 沥青混合料生产配合比设计

（1）级配是集料大小颗粒的搭配情况，是影响沥青混合料空隙率的重要指标，对于组成确定的沥青混合料，高温车辙能力依靠集料的嵌挤能力，为了发挥粗集料的嵌挤作用，必须采用紧密嵌挤的混合料，矿料级配对车辙影响较大，过粗或过细都会使稳定度下降，过粗会使空隙率增大，矿料间的稳定性下降而导致动稳定度降低。过细使细集料增加，粗骨料减少，形成悬浮结构，也使动稳定度下降。对于密级配沥青混合料而言，增大集料粒径对提高车辙能力有一定的效果，混合料中过多的增加粗骨料，如果级配不好，空隙率增大，使混合料稳定性差，容易形成车辙。

（2）目前在沥青混合料生产配合比设计中，级配选用基本上沿用目标配合比进行调整，在来验证目标及生产配合比得合理性。

（3）生产配合比设计。

（4）合理确定沥青用量。1）随着沥青含量的增加，其毛体积相对密度均呈先增大后减小的趋势，对于不同类型的沥青混合料与其毛体积相对密度最大值对应的沥青用量不同；2）随着混合料中沥青用量的增加，其流值呈不断增大趋势，这是因为当沥青混合料中得沥青用量超过最佳后，混合料中富裕的沥青不但起不到粘结骨料的作用，反而充当骨料间的润滑剂，加速了矿料间颗粒间的滑移；3）沥青混合料的马歇尔稳定度则随着沥青用量的增加呈先增大后减小的趋势；4）根据马歇尔各项指标满足规范的前提下，合理确定最佳油石比；5）经过标定、调试拌合楼能够达到预期的目的，通过微调使级配与生产配合比基本上接近。

（5）摊铺均匀程度及碾压次数的影响。压实度不足和超载是影响沥青路面高温性能车辙的重要因素，但往往由于摊铺的不均匀性，导致在规定压实变数的情况下，造成沥青混合料的空隙率有所偏差的现象较为常见，摊铺不均匀造成沥青路面的压实度存在不均匀性，形成局部的性能薄弱，夏季高温季节，在车辆动荷载的作用下，极易产生车辙。所以必须选择好摊铺和碾压的机具，合理安排，提高路面的均匀性。

5 结语

（1）提高车辙能力必须加强控制改性沥青的质量及SBS改性剂的掺量；（2）必须合理的设计级配，增加集料中粗骨料（粒径≥4.75mm）及矿粉的用量，减少细集料的用量，以便充分发挥沥青混合料的嵌挤作用，从而改善沥青混合料的车辙能力；（3）确定合理的沥青含量；（4）严格控制压实功，避免压实功过大或过小造成沥青路面车辙能力的下降；（5）控制好拌合设备的称量，保证混合料级配与生产吻合。

参考文献：

[1]沥青路面施工技术规范[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]沥青及沥青混合料试验规程[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3]公路工程集料试验规程[M].北京：人民交通出版社，2005.

[4]公路工程混合料配合比设计与试验技术手册[M].北京：人民交通出版社，2001.