沥青混凝土路面的高温稳定性研究

南海涛

摘 要：在使用过程中，沥青路面最突出的病害就是因高温低频带来的车辙病害。文章经过详细调研，分别从车辙的类型、形成过程、影响因素入手对车辙进行介绍，并根据室内试验和现场施工经验提出了提升沥青混凝土路面车辙的防治措施，为受车辙病害困扰的沥青路面铺筑工作提供借鉴。

关键词：沥青混凝土路面;高温稳定性;车辙

中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）10-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.10.047

20世纪70年代末，美国各州公路局进行了一项调查统计，在被调查的44条主要公路中，有13条公路因车辙受损。日本则有80%以上的公路损坏是由车辙造成的。对于我国的高等级公路来说，道路交通量的快速增长、高速公路上重型车辆比例的不断增加、车辆超载超限等问题严重破坏了沥青混凝土路面，甚至在路面使用早期就产生了车辙现象。

1 车辙的形成过程

车辙的出现主要是由于交通荷载产生的剪切应力，路面层材料失稳，导致路面横向位移或沉陷。车辙的产生严重影响行车舒适性和安全性。在高速驶过车辙时，车身会剧烈震荡，影响司机对车辆的操控。雨雪天气时，路面低槽处易积水，导致抗滑性降低，有可能导致车辆失稳，最终造成交通事故[1]。

车辙的形成过程比较复杂，受到各种力的影响，可将其简单划分为压密、压密稳定、剪切破坏三个阶段。施工时，由于沥青混凝土油石比选用不当、拌和时间或温度不符合要求、设备老化陈旧、路面压实度不满足要求等原因，路面面层的初始孔隙率偏大，在车辆荷载的长期作用下，孔隙减小，形成压密形变。沥青混凝土路面在高温环境下往往会出现沥青软化、粘聚力及内摩擦角减小的现象，经过车辆的不断作用，会使沥青混合料出现剪切破坏，使路面产生流动变形，形成车辙。

车辙是道路交叉口较为普遍的病害，多发于高温季节，温度是主导因素。道路交叉口黑褐色的沥青路面具有较强的吸热性，尤其在夏天，随着日照时间延长，路面形成巨大的温度场，大范围热量聚集导致沥青混凝土路面处于持续高温状态，加之行车荷载的作用，部分材料流动变形，车辙病害随之显现。

2 沥青混凝土路面车辙影响因素

2.1 路面结构

沥青路面类型和路面厚度的不同组合与路面车辙密切相关。同一种材料用于不同路面结构，其性能也不同。路面结构类型的选择和路面结构层组合的合理性对路面的高温稳定性有很大影响[2]。沥青路面厚度与公路等级、交通量、沥青类型有关，应根据交通量大小及材料的力学性能和机械的扩散能力综合选择基层和底基层的厚度。沥青路面结构等级的合理选择是整个路面结构经济合理的关键，也是整个路面结构能否在设计使用寿命内承受各种荷载和自然因素的关键。

2.2 外部因素

我国路面设计中车轮的标准荷载为（0.7±0.05）MPa，但道路运行中超载现象普遍存在，随着荷载的增加，车辙问题日趋严重。因此，车辆在道路行驶过程中必须严格控制超载，并适当提高设计要求。车辙室内试验温度通常为（60±0.5）℃，但是我国南北温差较大，必然会导致动力稳定性的差异。随着温度升高，沥青黏度降低，抗蠕变性降低，在外力作用下，动力稳定性会降低，车辙变形增大。因此，高温下沥青路面容易产生车辙。

车辙与沥青路面的路线设计、结构组成、交通条件和环境密切相关。在设计方面，纵坡越长，越容易在夏季高温季节造成车辙。就结构组成而言，应做好透层、密封层、粘贴层各道工序，确保基层与面层、面層与面层连接良好，形成稳定的整体。在交通和环境方面，车辙的影响主要体现在超载车辆过多和低速上坡行驶[3]。因此，在公路施工前，应充分考虑一切不利因素，采取相应措施减少或延缓车辙形成。

2.3 矿物材料

沥青混合料的抗车辙性能受多方面因素影响，其中约60%源于矿质集料，剩余40%则与沥青的黏结性能密切相关。由于原材料采购不规范、质量控制不到位、用量不合理等情况的存在，导致沥青混合料的性能大幅下降，其高温抗车辙能力远达不到预期要求，后续在外部因素的诱发下容易变形。

矿物集料的表面纹理、形状、针状含量以及集料与沥青的粘附性都能影响沥青混合料的高温稳定性。针状颗粒含量低、形状粗糙、接近立方体表面形状的矿物集料容易形成骨架嵌布结构，有利于提高沥青混合料的抗车辙能力。

矿料级配对沥青混合料抗车辙能力的影响也很大，增加矿料的粒径并不能提高路面的抗车辙能力。由于可以在矿料之间形成良好的骨架，并降低空隙率，良好合理的级配有助于提高沥青混合料的高温稳定性。

为增加沥青与集料之间的附着力，减少水损害，应使用中性或碱性石料代替酸性石料，必要时可加入抗剥落剂或石灰、水泥等填料，增加骨料附着力。虽然沥青混合料中填料用量很少，但其作用不容忽视，它能分散沥青混合料中形成的沥青膜，将其包裹在矿料表面，增强矿料之间的粘附性。

2.4 沥青类型和用量

不同类型和用量的沥青会影响沥青混合料的性能。不同品种和类型的沥青具有不同的混合料性能。根据气候条件，应选择针入度小、软化点高、延度高、黏度高的改性沥青，其高温稳定性好[4]。

沥青用量会影响沥青混合料的骨架嵌挤效果，对沥青混合料抗车辙能力起重要作用，在实际施工过程中，应严格控制沥青用量。随着沥青含量的增加，沥青混合料的稳定性降低，流动值增加，动力稳定性降低，沥青混合料的抗车辙能力明显降低。这说明沥青混合料中沥青含量对抗车辙能力有显著影响。当沥青含量较小时，沥青和沥青砂浆不足以填充混合料中的空隙，导致混合料压实不足。当沥青含量过大时，游离沥青会削弱矿料之间的嵌挤力，降低沥青混合料的内摩擦，夏季容易产生溢油，导致沥青混合料变形形成车辙。

3 减少沥青混凝土路面车辙的优化措施

3.1 选择合适的沥青

应选用黏度高、粘结力强、软化点高、含蜡量相对较低的改性沥青，并控制好沥青用量。沥青与集料的粘附性是评价沥青性能的重要指标，它影响着沥青路面的使用性能和耐久性。在基质沥青中加入树脂聚合物和橡胶聚合物，能够改善沥青性能，提高沥青的高温稳定性和低温抗裂性。例如，在基质沥青中加入苯乙烯共聚物SBS，可以提高沥青的温度性能、拉伸性能、弹性、粘聚性能、混合料的稳定性、耐老化性能等。

3.2 选择合适粒径的集料

集料应有棱角容易在合成级配中形成嵌固状态。沥青混合料中粗集料之间的镶嵌可以提高沥青路面的高温稳定性，这也取决于集料的压碎值、颗粒形状和棱角性[5]。粗骨料形状一般接近立方体，无明显分层，表面粗糙，内摩擦角增大。同时合理调整优化矿料级配，使矿料级配变为S形，适当增加粗集料用量，保证集料之间的嵌固，以增加沥青混合料的抗变形能力，提高高温抗车辙能力。

3.3 适当提高粉胶比

在沥青混合料中适当的增加粉胶比，尤其是在SMA沥青混合料中，矿粉的用量更多，随着矿粉用量的增加，混合料的孔隙率减小，动稳定性有所提高。如果沥青面层之间黏结不好，有水渗入层间会使沥青路面受力状态发生改变，在重载作用下很容易产生推移、拥包，最终导致路面破坏。所以，一定要确保粘层油的洒布量和洒布的均匀性，使沥青面层与面层之间形成一个有机的整体。

3.4 现场施工质量控制

在现场施工中，必须控制好沥青混凝土的均匀性和压实度。沥青混凝土的均匀性应从拌和—运输—摊铺—碾压全过程进行控制，压实度也是质量控制的关键指标，能满足设计和规范要求。一般在施工现场应合理控制压实机械的数量和碾压次数，提高压实要求。场地孔隙率和透水性是否满足规范要求也是造成车辙的重要因素。空隙率一般控制在3%～6%，以提高混合物的水密性[6]。

4 结语

综上所述，为提高沥青混凝土路面车辙能力，应选用黏度高、粘聚力强、软化点高的改性沥青，对于集料应选用压碎值高、表面粗糙、棱角性好的集料，配合比设计过程中要优化矿料级配使矿料级配成S形走向，形成密实骨架结构。同时，通过不断学习新技术、新材料、新工艺、新设备的知识，尽可能减少车辙问题，延长道路的使用寿命。

参考文献

[1] 史永翔.城市道路交叉口车辙处置措施分析[J].建材与装饰，2020（13）：276，279.

[2] 王惠.城市道路瀝青路面病害的成因分析及对策研究[J].建筑技术开发，2020，47（8）：138-139.

[3] 薛长娟.公路路面常见病害及日常养护措施分析[J].中外企业家，2020（21）：232.

[4] 郭治统.高速公路车辙病害分析及对策[J].中国新技术新产品，2020（15）：103-104.

[5] 秦雯.浅谈沥青路面常见病害及处治措施[J].百科论坛电子杂志，2020（8）：1246-1247.

[6] 董雪山.探析高速公路路面病害成因及养护技术措施[J].人民交通，2020（9）：76，78.