[沥青混合料的组成结构与强度] 沥青混合料结构强度的影响因素

　　对沥青混合料的组成结构进行分类，并对其各自的优缺点进行分析。另外对沥青混合料的关键指标强度提出有利的结构类型及其他改进措施。 　　改革开放三十年来，我国公路市场建设取得了长足的进步与发展，成为拉动国民经济增长瞩目的重点。公路施工工艺水平和施工技术更是得到了进一步的发展和提高，由以前量的发展变换成为现在质的飞跃。做为公路行车最直观、最具代表性的沥青路面施工技术，更是成为了广大工程技术人员研究的焦点。而沥青路面质量的好坏除了与现场施工控制、成品料的拌制运输等生产环节有着密切的关联外，前期的混合料的设计与组成，以及混合料本身所具有的物理性质也起着决定性的作用。作为一名工程技术人员，我想从沥青混合料的组成结构及其结构形成的强度方面，谈谈我的认识与研究。
　　1.沥青混合料的级配类型
　　沥青混合料，按其集料、强度构成原则的不同可分为下列3类：1）悬浮-密实结构（连续密级配），按次子干涉理论，为避免次级集料对前级集料密排的干涉，前级集料之间必须留出比次级集料粒径稍大的空隙供次级集料排布，按此组成的沥青混合料，经过多级密垛虽然可以获得很大的密实度，但是各集料均为次级集料所隔开，不能直接靠拢面形成骨架，有如悬浮于次级集料及沥青胶浆之间。这种结构虽具有较高的粘聚力，较好的抗疲劳性能，且不透水，耐老化、耐久性好，但摩阻角较低，因此高温稳定性较差易产生车辙、推移等病害。2）骨架-空隙结构（连续开级配），由于这种矿质混合料递减系数较大，粗集料所占的比例较高，细集料则很少，甚至没有。按此组成的沥青混合料，粗集料可以互相靠拢形成骨架；但由于细集料量过少，空隙率较大，不足以填满粗集料之间的空隙，因此形成“骨架-空隙”结构。这种结构的沥青混合料虽然具有较高的摩阻角，但粘聚力较低，因而热稳定性可以显著提高，但由于空隙率较大而使路面耐久性受到影响。3）密实-骨架结构（间断级配），由于这种矿质混合料断去了中间尺寸粒径的集料，既有较多数量的粗集料可形成空间骨架，同时又有相当数量的细集料可填密骨架间的空隙，因此形成“密实-骨架”结构。这种结构的混合料不仅具有较高的粘聚力。而且具有较高的内摩阻角，使其强度也明显增强。2005年至2006年在玉屏至三穗高速公路，以及2010年在厦蓉高速贵州境榕江格龙至都匀施工期间，我就曾接触过上述3种结构类型。经过数据收集可以看出，3种结构的沥青混合料由于结构常数不同，因而反映在稳定性上亦有显著的差异。所以我认为3种级配类型中，间断级是效果最为理想的，开级配其次，密级配最后。而且经过一段时间的通车使用后，3种不同路面的低温抗裂性、高温稳定性、耐久性等路面使用性能，间断级配都是最为理想的。通过前面对间断级配结构形成的机理可能看得出，它集中了级配对于路用性能的绝大部分优点。故对于高等级路面面层已广泛采用间断级（如SMA结构类型），而且此类级配的研究也在进一步深入，具有广阔的发展前景。
　　
　　2.沥青混合料的强度
　　沥青混合料在路面结构中产生破坏的情况，主要是发生在高温时由于抗剪强度不足或塑性变形过剩而产生推挤等现象，以及低温时抗拉强度不足或变形能力较差而产生裂缝现象。目前沥青混合料强度和稳定性理论，主要是要求沥青混合料在高温时必须具有一定的抗剪强度和抵抗变形的能力。为了防止沥青路面产生高温剪切破坏，我国柔性路面设计方法中，把在沥青面层破裂面上可能产生的应力应不大于沥青混合料的设计许用剪应力，做为沥青路面强度重要的设计指标。
　　
　　3.提高沥青混合料强度的措施
　　合理地选择混合料的结构类型和组成设计对提高其强度具有着重要的作用。当然，混合料的结构类型和组成设计必须根据稳定性方面的要求，结合沥青材料的性质和当地自然条件加以权衡确定。另外，还可以通过以下方面改善沥青混合料的强度：1）提高矿质集料之间的嵌挤力与摩阻力。为了提高沥青混合料的嵌挤力和摩阻力，要选用表面粗糙、形状方正、有棱角的矿料，并适当增加矿料的粗度。因为颗粒形状及其粗糙度，在破大程度上将决定混合料压实后颗粒间相互位置的特性和颗粒接触有效面积的大小。通常具有显著的面和棱角，各方向尺寸相差不大，近似正方体，以及具有明显细微凸出的粗糙表面的矿质集料，在碾压后能相互嵌挤锁结而具有很大的内摩擦角。在其他条件相同的情况下，这种矿料所组成的沥青混合料较之圆形而表面平滑的颗粒具有较高的抗剪强度。2）提高沥青与矿料之间的粘结力。首先，做为混合料的胶结材料“沥青”的结构尤为重要。具体来说石油沥青的胶体结构共分为3种，分别为溶胶结构、溶-凝胶结构、凝胶结构。3种胶体结构中溶-凝胶结构最为优化，该沥青中沥青含量适当，并有较多的树脂作为保护物质。它所组成的胶团之间相互有一定的吸引力。这类沥青在常温时，在变形的最初阶段，表现为非常明显的弹性效应。大多数优质的路用沥青都属于该种结构，因为它具有粘-弹性和触变性，故亦称弹性溶胶。这种沥青可以根据沥青温度稳定性的指标针入度指数来选定，它的针入度指数为P.I.=+2～-2之间。另外，还可能通过掺加改性剂，制做改性沥青，使沥青的其他物理指标发生改变的方法来提高沥青与矿料之间的粘结力。其次是通过改善矿料的化学性质，活化矿料表面物质，使矿料与沥青的粘结力得到提高。如适量添加抗剥落剂、使骨料尽可能形成新生表面等方法。
　　
　　4.结语
　　通过以上对沥青混合料级配与强度的分析，一定会使沥青混合料的前期设计和准备工作更具科学性、合理性与准确性，也会使施工质量上升到一个新的台阶，对于更趋于经济、合理的配合比和设计方法将激励我们继续进行更深入的研究。
　　
　　
　　（作者单位：江苏省南通远大建设工程监理咨询有限公司江苏南通226001）

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