1、淺談瀝青路面的耐久性及改進措施劉夢蕓1(1.燕山大學,河北秦皇島066000摘要:瀝青路面有多種損害類型,針對不同原因的損壞,利用新興技術研究成果改進現有材料,以滿足使用功能,延長其使用壽命。本文根據實際情況分析瀝青混凝土的破損形式和對改性瀝青材料及瀝青混合料的探究和試驗分析。關鍵詞:瀝青;耐久;破損中圖分類號:文獻標識碼:文章編號:Abstract: There is a variety of damage types of asphalt pavement, according to different reasons of damage, using the emerging techn

2、ology research to improve the existing material, in order to meet the use function, prolong its service life. In this paper, according to the actual situation analysis of the breakage of the asphalt concrete forms and materials of modified asphalt and asphalt mixture to explore and test analysis.Key

3、 words: asphalt; Durable; Broken0引言瀝青路面具有行車平穩、舒適、噪聲低、養護維修方便、可以再生利用等特點,在各類公路和城市道路,尤其是高等級公路中得以廣泛使用。對路面或路面設計的最基本要求是耐久、平整和抗滑。耐久指的是路面具有足夠長的使用壽命,要求整個路面結構具有足夠的強度和抗變形能力;平整和抗滑使路面的行駛更舒適安全,尤其對于高速公路而言。瀝青混凝土是公路、城市道路的主要鋪面材料,直接承受車輪荷載和各種自然因素的影響:如日照、溫度、空氣、雨水等,其性能和狀態都會發生變化,以至影響路面的使用性能和使用壽命。相對于整個公路的壽命而言,路面的壽命是短暫的,通常設計

4、壽命只有15-20年。隨著交通量的增加,維護費用在整個工程造價中所占比例越來越大。并且路面維修嚴重影響了道路通行,并經常引發惡性交通事故。因此,越來越多的國家把路面的設計壽命延長,并且提出了永久性路面的設計理念。本文從瀝青材料的性質出發,歸納總結了大量前人所做的關于瀝青材料性能的試驗,探討如何配置應用瀝青材料,以求達到延長路面的壽命的目的。1瀝青混凝土的路用功能瀝青路面中使用的瀝青材料主要為道路石油瀝青,它是采用不同的煉制工藝由原油經過蒸餾獲得的粘稠瀝青。為了使用和施工的需要,在粘稠瀝青中摻加柴油,煤油或汽油等溶劑配置成慢凝、中凝或快凝液體石油瀝青,也可以將瀝青分散在乳化劑水溶液中制成乳化瀝青

5、。在重載交通道路或有特殊要求的瀝青路面上應用高性能改性瀝青。本節主要探究瀝青路面的破壞類型和路用要求。1.1瀝青路面的損壞類型及對瀝青混合料的基本要求在公路路基路面現場測試規程(JTJ 059中,T0974規定了瀝青路面破損類型如下:裂縫類破損:包括龜裂、塊裂及各種單根裂縫等變形類破損:包括車轍、沉陷、擁包、波浪等松散類破損:包括掉粒、松散、剝落、脫皮等引起的集料散失、坑槽等;其他破損:包括泛油、磨光等。其中高等級公路瀝青路面上常見的損壞現象主要有裂縫、車轍、松散剝落和表面磨光等。裂縫是瀝青路面的最主要破損之一。主要分為荷載類和非荷載類。荷載類裂縫在沈金安主編的2001年出版的瀝青及瀝青混合料

6、路用功能一書指出,非荷載類主要是溫縮裂縫和半剛性基層開裂引起的反射性裂縫,后經筆者查閱資料認為“溫縮裂縫”一詞,作為瀝青出現裂縫的非荷載類中的主要原因是不確切的。梅迎軍教授在水-溫-荷耦合作用下探究了對瀝青混凝土疲勞壽命的影響。研究結果表明:在應變模式下,溫度對瀝青混凝土疲勞壽命的影響不明顯,揭示了瀝青混凝土應變疲勞過程與溫度無關的規律;對于未凍融的粗級配瀝青混凝土,其疲勞壽命隨溫度的提高而明顯的縮短。經過一次凍融循環后,在同一應力下比疲勞壽命降低約10%-35%,而在同一應力水平下疲勞壽命降低約75%-80%。因為低溫地區時常也會伴有降雪,日間溫度升高,冰雪融于空隙中,后夜間溫度驟降,裂縫開

7、展?；鶎臃瓷淞芽p是指半剛性基層先于瀝青面層開裂,在荷載應力與溫度應力的共同作用下,在基層裂縫開裂處的面層底部產生應力集中而導致面層底部在上方大體相對應的位置開裂,而后逐漸向上或向下擴展而使裂縫貫穿。半剛性基層的開裂通常由溫縮或干縮引起,多數情況是在基層鋪筑后,由于未及時按規定進行養護或由于未及時鋪筑瀝青面層后,路面在使用過程中,由于溫度驟變,當基層內的日溫差超過某一范圍,致使溫度應力超過其抗拉強度時而開裂。車轍是渠化交通的高等級公路瀝青路面的主要損壞之一。當車轍達到一定深度時,又有車槽內積水,極易發生汽車飄滑而導致交通事故。瀝青路面的車轍分為三種類型:(1由路面基層及路基變形引起的。(2溫度較

8、高時,經車輛反復碾壓產生永久變形和塑性流動而逐漸形成的瀝青混凝土的側向流動變形。容易發生在上坡路段、交叉口附近,即車速慢、輪胎接地發生的橫向應力大的地方。(3冬季埋釘輪胎形成的磨損性車轍,在北歐國家常見。但有一種在我國常見發生的車轍國外很少發生。它是由于瀝青路面本身的壓密造成的。近年來,有些高速公路施工受排名搶險的思想驅動,片面追求平整度,在降低溫度后碾壓,造成壓實度不足,致使通車后第一個高溫季節混合料繼續壓密,路面產生壓實變形,同時平整度迅速下降,進而形成明顯的車轍。水損害是指在水的作用下,瀝青逐漸喪失與礦料的粘結力,從礦料表面脫落,在車輛的作用下瀝青面層呈現松散狀態,以致骨料從路面脫落形成

9、坑槽。產生松散菠蘿的另一種可能性是由于施工中混合料加熱溫度過高,致使瀝青老化失去粘性。有多種原因會導致水損害,雖然我國已經制定了路面滲水系數的試驗方法,以規定水頭壓力下水在單位時間內通過一定面積的路面深入下層的數量表示,但是尚缺乏這方面的控制指標值。瀝青路面在使用過程中,在車輪的反復滾動摩擦下,集料表面被逐漸磨光,有時還伴有瀝青的不斷上翻、泛油,導致瀝青面層表面光滑,尤其是雨季容易造成車禍。這種現象與采用了敏感性比較大的瀝青混合料級配類型有關,表面磨光的內在原因是集料質地軟弱,缺少棱角,或礦料級配不當,粗集料尺寸偏小,細料偏多或瀝青用量偏多等。1.2瀝青混合料的路用性能的要求根據以上瀝青路面破

10、壞原因分析,瀝青混合料的路用性能應滿足下列基本要求:(1足夠的高溫穩定性(2良好的低溫抗裂性(3良好的耐久性(4良好的水穩性(5足夠的抗滑能力(6良好的防滲水能力2 對改性瀝青材料及瀝青混合料的探究和試驗分析上面分析了瀝青路面出現的各種病害,以及影響的原因,針對上面的問題,本節主要通過分析前人所做的大量試驗來討論探究新型的材料和配比應用于路面的效果。改性瀝青,是指在基本石油瀝青中加入某些改性材料,比如樹脂類高聚物、橡膠類高聚物、微細粉填料、纖維類填料、硫磷類改性劑等。下面結合我國常采用的半剛性面層的實例談下半剛性面層的改性瀝青的研究。2.1半剛性面層材料試驗探索目前傳統的路面面層形式主要有兩類

11、:瀝青類柔性面層和水泥混凝土類剛性面層。普通瀝青類面層溫度敏感大,易老化,易產生車轍等病害。水泥混凝土類面層剛度大,變形能力差,一旦基層、地基等支承條件發生變化,容易出現斷板等病害,且修復困難。為了改善普通瀝青類面層和水泥混凝土面層的缺陷,改性瀝青,纖維增強混凝土等技術的研究能夠正在發展之中。同時為了從根本上解決這兩類問題,剛性材料柔性化和柔性材料剛性化,開發真正意義上半剛性面層材料的研究思路日益受到人們的重視。此類材料的研究開發工作,或是在瀝青中摻入水泥、石灰,或采用瀝青、水泥分層包裹骨料的方法以期獲得半剛性、半柔性類面層材料;或采用大空隙瀝青混合料母體灌入水泥砂漿或水泥凈漿,形成水泥灌漿瀝

12、青混凝土技術。有關研究表明,混凝土的強度和模量同骨料種類、強度有密切關系,但是工程實際中骨料的選擇往往是確定的。對于確定的骨料而言,在其級配固定的前提下,混合料的性質主要決定于結合料的性質及用量。影響復合結合料膠砂強度的可能因素主要有水灰比、瀝青與水泥用量比、成型工藝、養生條件、瀝青和水泥的種類與用量等。通過膠砂試驗結果來分析:乳化瀝青用量增加,油灰比增大,膠砂試件的變形能力增加,脆度系數減小。采用水泥-乳化瀝青復合結合料可以降低面層材料的剛度。試件的脆度系數隨結合料用量的變化有較大變化。相同結合料用量條件下,混凝土配合比將會影響混凝土韌性大小。同其他試驗研究成果(引入第三相增韌相或大孔隙瀝青

13、碎石水泥灌漿混凝土相比,相同脆度系數下采用水泥乳化瀝青復合結合料的試件抗折強度高,這表明采用水泥-乳化瀝青復合結合料開發半剛性路面材料是一條值得進一步研究的技術途徑。試驗研究同時也發現:瀝青和水泥及瀝青和礦料的相互作用以及瀝青在混合料中的分散程度都有待進一步提高。對于水泥-乳化瀝青復合材料,應從成型工藝上深化研究。在膠砂試驗的基礎上,通過混凝土性能試驗來進一步考察水泥-乳化瀝青復合結合料的使用效果,將原材料拌合,進行VC 值測定、成型,在常溫下干養32天,最后測定強度和模量。試驗結果表明,在水泥乳化瀝青膠砂試驗中,試件的強度和脆性系數隨結合料用量的變化有較大的變化。而混凝土的集料級配不同,達到

14、其最大強度的結合料用量也不相同。也就是說,相同結合料用量條件下混凝土的配合比將會影響強度和變形能力的變化。水泥乳化瀝青混凝土隨著瀝青用量增加,油灰比增大,混凝土的抗彎拉模量顯著降低。其中,抗壓強度隨著瀝青的用量的增加而減少,而抗折強度的變化并不大。(1采用外摻劑等措施,降低混凝土的孔隙率,并采用其他措施增強瀝青及水泥同礦料之間的相互作用,以進一步提高混凝土的強度?？疾觳煌愋偷募?、水泥和不同性質的乳化瀝青之間的相互配合以及對混凝土強度和模量的影響。(2全面考察包括強度、模量、耐磨耗、疲勞以及收縮等指標在內的水泥-乳化瀝青混凝土的路用功能。(3結合混凝土面層施工的特點,研究結合適合于水泥-乳化

15、瀝青復合結合料的混凝土配合比設計方法。(4研究基層與面層力學特性相匹配的真正意義上的半剛性路面設計方法。2.2 環氧瀝青混凝土的性能及試驗研究環氧瀝青混凝土是一種熱固性材料,隨著時間的增長其強度逐漸增加(即環氧瀝青逐漸固化通過對環氧瀝青混凝土各方面力學性能的試驗研究發現,環氧瀝青混凝土具有優良的力學性能而且在低溫條件下仍具有很好的變形能力,其強度是普通瀝青混凝土或其他橋面鋪裝用的瀝青混合料(SMA 、澆注式瀝青混凝土的7-8倍,其溫度變形系數接近鋼板。因此,環氧瀝青混凝土作為鋼橋面鋪裝材料較之其他種類材料具有很大的優越性。東南大學的王曉教授曾撰文環氧瀝青混凝土性能研究,通過馬歇爾試驗、劈裂試驗

16、、小梁彎曲試驗、動穩定度試驗、殘留穩定度試驗試驗等,并和其他材料做了比較分析,其目的主要是考察環氧瀝青混凝土的高溫穩定性、低溫抗裂性、抗水侵蝕性以及變形特性。而華南理工大學的張順先教授針對鋼橋面鋪裝環氧瀝青混凝土出現的疲勞開裂問題,分析現有設計理論的不足之處。并在斷裂力學和能量法原理的基礎上,提出以沖擊韌性作為環氧瀝青混凝土配合比的評價指標,并且通過試驗驗證了可行性。采用剩余勁度模量比來反映環氧混凝土的疲勞性能,并建立起沖擊韌性和剩余勁度模量比之間的關系,為環氧瀝青混凝土的設計理論和方法提供了一種新思路。馬歇爾試驗是一種常用的試驗方法,通過它可以確定出瀝青混合料的最佳油石比,同時也可以反映出瀝

17、青混合料的高溫性能,并通過其他試驗驗證其合理性,以指導工程的實施。按規范的要求,配置5種不同的油石比成型試件。試驗分為2組,一組固化,一組未固化,分別進行測試。試驗的其他條件均滿足規程(JTJ052-2000的要求。從試驗結果可以看出,固化后馬歇爾穩定度較高,而且未固化試件隨齡期的變化強度增加較為明顯。試件采用馬歇爾試件,溫度分別為常溫、低溫;試件有固化和非固化。從劈裂試驗的結果可以看出,固化后試件的強度較之其他材料要高得多,而且隨著齡期的增長其強度增加尤為明顯,低溫時強度高且變形能力較之常溫時相差不大,說明這種材料的變形能力具有較好的溫度穩定性。小梁彎曲試驗用來評價瀝青混合料抗彎拉的強度特性

18、和彈性特性,試驗用車轍試驗板切割成梁式構件,分別在15°C和-15°C條件下進行試驗。試驗設備為MTS810型液壓伺服材料試驗系統。從試驗結果看出,環氧瀝青混凝土的彎曲強度比另外2種瀝青混合料的彎曲強度要大得多,常溫時變形能力較為接近,但低溫時AC改性瀝青混合料和SMA變形減小速度很快,環氧瀝青混凝土變形雖有所降低但與常溫時扔保持在一個數量級上。相對于AC 改性瀝青混合料和SMA而言,環氧瀝青混凝土除具有較高的強度外,還具有較好的變形能力。環氧混凝土的車轍試驗依據規程(JTJ052-2000要求進行,環氧瀝青混凝土試件為固化后的試件,試驗溫度分別為60°C和70&

19、#176;C,同時還與其他材料進行了對比試驗,對比結果表明,環氧瀝青混凝土的動穩定度遠大于其他類型的瀝青混合料,在高溫下累積變形遠小于其他瀝青混合料,說明環氧瀝青混凝土具有較高的高溫穩定性,更適用于鋼橋面的鋪裝。瀝青混合料的水穩定性是指抵抗受水侵蝕后逐漸產生的瀝青膜剝離、掉粒、坑槽等破壞能力。對于橋面鋪裝的瀝青混合料,其防水要求更高,以防止水分滲入,影響粘結層與鋼板的粘結性能。試驗采用最佳油石比成型的試件,分為兩種,一種泡水48h,另一種泡水96h,從瀝青混合料的殘留穩定度試驗結果不難看出,環氧瀝青混凝土的殘留穩定度要比其他類型的瀝青混合料要高得多,而且穩定度的數值也大很多,說明環氧瀝青混凝土

20、抗水侵蝕的能力很好。從浸泡不同時間的試驗結果看出,環氧瀝青混凝土96h和48h的殘留穩定度沒有什么區別,也就是說,水對環氧瀝青混凝土基本無侵蝕現象。為了找出沖擊韌性和疲勞壽命之間的內在聯系和相關性,將15°C和25°C條件下的剩余勁度模量比和沖擊韌性值進行匯總,以沖擊韌性為橫坐標,剩余勁度模量比為縱坐標,用Origin軟件進行回歸擬合,得到線性方程和相關參數。說明沖擊韌性與疲勞壽命之間具有良好的線性相關性,因此沖擊韌性可以作為評價環氧瀝青混凝土疲勞性能的指標。隨著瀝青用量的增大和溫度的升高,沖擊韌性值逐漸增大;兩組分環氧瀝青混合料瀝青用量(油石比的閾值點為6.9%。當瀝青含

21、量超過這個值時,沖擊韌性增幅減緩。從性價比角度考慮了,建議環氧瀝青混合料油石比為6.9%。(1環氧瀝青混凝土具有優良的力學性能,較目前采用的其他瀝青混合料有著無法比擬的優點和良好的可變形能力。(2環氧瀝青混凝土的高溫穩定性比其他瀝青混合料要好得多,抵抗車轍變形能力優越,常溫季節不會發生車轍、擁包等病害。(3環氧瀝青混凝土是一種熱固性材料,高溫時只會變軟而不會有多余的瀝青滲出,其固化后已不是普通意義上的瀝青混凝土,抗油侵蝕能力比其他瀝青混合料要強得多,尤其是條件下不易發生破壞。3結語通過這次對瀝青混凝土的文獻的查閱、閱讀、整理,我受益匪淺。從知識層面上,不論是從深度還是從廣度上,我都更加了解瀝青這種材料的各種性能和性能的應用;從做科學研究思考問題上,我也有了進一步的收獲。前人的試驗思路文獻無疑是我們思想的寶藏,可我們偏偏在學習探究的路上忽視了它們,只是在不得不看的時候才會翻閱瀏覽。這樣是錯誤的。作為一名研究生,我