沥青混合料高温稳定性的影响因素

1、沥青混合料的高温稳定性的影响因素,试 讲 人: 王清,第一部分 概述,由于交通量的增长、轴载增加、超载严重、车辆渠化交通、近年来持续高温天气等因素的综合影响，车辙已经成为沥青路面早期破坏中最严重的破坏形式，根据国外统计资料，在需要维修的沥青路面中，有80%以上都是由车辙变形引起的。为了延长路面的使用寿命，本节主要研究产生沥青路面车辙的影响因素，从而有针对性的预防或减少车辙的产生，已成为最引人关注的问题。 车辙是指沿道路纵向在车辆集中通过位置处路面产生的带状凹槽。车辙造成路表产生过量的变形，影响路面的平整度;轮迹处沥青层厚度减薄，削弱了面层及路面的整体强度，从而易于诱发其它病害;雨天路表排水不畅

2、，降低了路面的抗滑能力，导致驾驶换向困难，甚至会由于车辙内的积水而导致车辆飘滑;北方冬季出现负温时，由于辙槽内积水结冰，使路面的抗滑能力大幅度降低，容易发生交通事故。,第一部分 概 述,第一部分 概述,高 速 雨 后 的 辙 槽,高速车辙严重路段,影响沥青路面车辙产生的原因很多，归结起来可分为内因、外因及其它因素3大类。内因主要反映在材料本身的质量上，如沥青类型、沥青用量、集料的性质、混合料类型、空隙率等;而外因则主要包括气候条件和交通条件;其它因素则是指路面基层和路面结构组成及其施工质量对路面车辙的影响。当内因、外因及其它因素结合在一起时就会对沥青路面车辙的形成产生综合影响。 一、材料 1、

3、级配类型的影响 矿料级配决定了矿料颗粒间嵌挤力的大小及混合料密实程度，对路面的抗剪强度影响很大。有研究表明，沥青混合料的高温抗车辙能力有60%依赖于级配的嵌挤作用，沥青结合料粘结性能只能有40%的贡献。据SHRP的研究，在通常情况下，合理的密级配混合料的高温稳定性要优于间断级配混合料(SMA例外)。,第二部分 影响因素,第二部分 影响因素,第二部分 影响因素,形成骨架结构的级配受温度变化影响较小，有较好的抗车辙能力，而悬浮型结构抗车辙能力较差。东南大学的陈旭庆认为，当粗集料的含量在68%-72%时，所形成的沥青混合料属于骨架密实型，粗集料的含量72%以上时，形成的沥青混合料属于骨架空隙型，粗集

4、料的含量小于68%时，沥青混合料的结构属于悬浮密实型 集料的粒径对沥青混合料的高温稳定性有相当的影响，传统的想法认为，集料越粗对抗车辙越有利，但车辙试验表明，在最佳沥青含量时，中粒式沥青混凝土车辙最小，细粒式次之，粗粒式车辙最大，由此可见，单纯增大矿料粒径不一定能改善混合料高温稳定性。,第二部分 影响因素,2、沥青性质的影响 在沥青性质中，影响沥青混合料高温稳定性的主要指标有:针入度、针入度指数、粘度、软化点、蜡含量等。 针入度愈大，结合料的粘结力愈小，沥青混合料的抗车辙能力越差。但25的针入度与沥青混合料的抗车辙性能相关性较小，需要与其它指标配合使用才能说明沥青结合料的高温性能。 针入度指数

5、描述了沥青粘度随温度变化的幅度，是沥青使用性能的核心指标，温度敏感性越低，形成的沥青混合料相应具有更好的高温稳定性能，增加沥青针入度指数PI值可有效地提高沥青混合料的抗变形能力， 沥青的软化点是沥青混合料高温稳定性的重要指标，软化点高意味着沥青的等粘温度高，混合料高温稳定性好。有研究表明，沥青软化点与车辙试验,第二部分 影响因素,的动稳定度之间存在较好的相关关系，软化点每提高5 ，车辙率减半。软化点分为实测软化点和当量软化点，后者排除了蜡的影响，更能充分反映结合料的高温抗车辙性能。 沥青的粘度对沥青混合料的抗车辙能力有明显的影响，在一定温度和加载速率下，沥青粘度越大，与石料的粘附性越好，混合料

6、的粘滞阻力也越大，抗剪切变形能力越强，沥青混合料抗车辙性能越好。高温季节，沥青路面的温度可达50-70 ，所以沥青60粘度与混合料的高温稳定性有较好的相关性。,第二部分 影响因素,蜡含量:沥青中蜡的含量对沥青的性质有非常大的影响，含蜡量高的沥青，当温度接近软化点温度时，蜡的熔融会引起沥青粘度的明显降低而使混合料失稳。 近年来，为了改善沥青的路用性能，许多国家在沥青中加入聚合物质和橡胶粉，以改善沥青在使用温度范围内的结构力学性质，提高抗变形能力。,第二部分 影响因素,3、沥青用量的影响 混合料中的沥青用量对高温稳定性有明显的影响。沥青混合料中的沥青以结构沥青和自由沥青两种方式存在，在沥青混合料中

7、，如果矿物颗粒之间接触处是由结构沥青膜所联结，会使沥青具有更高的粘度和更大的扩散溶化膜接触面积，因而可以获得更大的粘聚力。当沥青用量过少时，集料表面沥青膜过薄，混合料呈干枯状态而缺乏足够的粘结力，不能形成高的强度，高温稳定性差。 增加沥青用量，混合料粘结力增强，高温稳定性随之提高。然而当达到最佳沥青用量以后，沥青用量进一步增加，集料表面沥青膜增厚，自由沥青增多，润滑能力增 强，颗粒在荷载作用下易于滑动移位，高温稳定性降低。,第二部分 影响因素,另一方面，若沥青用量偏低又会使得混合料过于坚 硬而难以压实，也影响沥青路面的抗车辙能力。我国 公路沥青路面施工技术规范规定，在夏季炎热的高温地区，在配合

8、比设计得出的最佳沥青用量OAC的基础上，减少0.3%之后的沥青用量作为设计沥青用量是适宜的。加大荷载可以使配合比设计确定的最佳沥青用量减小。当然沥青用量减少将使碾压困难，因此采用较小沥青用量之后，通过重型压路机碾压成型的路面具有较好的高温抗车辙能力。,第二部分 影响因素,4、集料性质的影响 破碎、坚硬、洁净、纹理粗糙、多棱角、颗粒接近立方体的集料，相应的沥青混合料高温性能就比较好。在矿质混合料中，对沥青混合料耐热性影响最大的是矿粉。因为矿粉具有最广大的比表面，特别是活化矿粉，影响更为明显。用石灰岩轧磨的矿粉配制的沥青混合料具有较高的耐热性，而含有石英岩矿粉的沥青混合料耐热性较差。 集料性质对沥

9、青混合料抵抗车辙性能的影响，主要是从它与沥青的相互作用中表现出来的，能够与沥青起化学吸附作用的集料，可以提高沥青混合料的抗变形能力。,第二部分 影响因素,5、空隙率的影响 沥青混凝土的抗剪强度取决于粘聚力和内摩阻力，它们的热稳定性不仅与材料本身的性质有关，而且与混合料的空隙率有密切关系。空隙率较大的沥青混合料，路面抗剪强度主要取决于内摩阻力，而内摩阻力基本上不随温度和加荷速度而变化，因此具有较高的热稳定性;空隙率较小的沥青混合料路面，则相对来说沥青含量较大，当温度升高，沥青膨胀，由于空隙率小，无沥青膨胀之余地，则沥青混合料颗粒被沥青挤开，集料间的嵌挤力减小，同时温度升高沥青粘度降低，沥青润滑作

10、用增大，粘聚力和内摩阻力均降低，促使沥青混合料抗变形能力的下降，空隙率小于3%的混合料发生车辙的可能性明显增大。,第二部分 影响因素,研究表明，对于沥青混合料的高温稳定性，空隙率存在一个最佳值，当空隙率低于最佳值，继续减小空隙率，会使沥青混合料抗车辙能力降低，当空隙率高于最佳值时，继续增大空隙率，则容易产生压密变形。 二、气候 温度越高，沥青混合料的模量越低，抗车辙能力越弱。有研究表明，在40 -60范围内，沥青混合料的温度上升5，其变形将增加2倍。,第二部分 影响因素,三、交通条件 交通条件对沥青路面高温性能的影响可以归结为荷载、行车速度、车流渠化等。 行车速度越低，荷载作用时间越长，相同交

11、通量所引起的路面变形越大。车辙调查数据也表明，在行车速度较慢的地方，如停车场、车站、交叉路段、长大纵坡路段，收费站以及其他交通拥挤的地方，都具有较大的车辙深度。关于渠化交通对车辙的影响，从不同等级路面的实际使用中可以看到，未形成渠化交通的道路，车辙很小或者基本无车辙出现，而形成渠化交通的道路，车辙要严重得多。,第二部分 影响因素,四、路面结构 沥青层厚度是车辙影响因素之一，传统的看法认为，厚度越大，车辙深度越大，但在沥青厚度增加到一定的厚度以后，车辙深度便不再增加，一般认为是临界厚度25cm。 (1) 近年来，英国的1997年TRL报告Design of long-fife pavements

12、 for heavy traffic(1997)中报告了对英国51条干线公路的开挖调查结果:对于有充分厚度的沥青路面，由于路床变形而产生车辙的可能性很小，变形仅限于沥青层，当沥青层超过180mm时，两者之间已不存在显著的相关关系，充分说明变形仅限于沥青层上面层部分，沥青层厚度大于180mm时，车辙发生的速率迅速降低，也就是说，当沥青层厚度小于180m m时，增加沥青层厚度会使车辙显著增加，而沥青层厚度超过180mm时，再增加厚度对车辙增大的影响就很小了。对于较厚的沥青路面，车辙主要发生在沥青层上部的10余厘米范围内。(2)美国2002年AASHTO设计指南通过对试验路的试验研究，对沥青层的车辙

13、与,第二部分 影响因素,各种因素的关系得出了一系列结论，其中一个结论为:对于19厘米厚的沥青面层，在6.3至7.6cm处，车辙变形发展到最大值，占了全部变形的80%，再往深处发展，各层位的车辙变形急剧减小，12.7cm以下，沥青层的变形只占5%，这一结论是建立在美国82KN标准轴载基础上的，对于我国100KN的标准轴载和超载严重的情况，影响深度会大得多。 (3)在对我国沥青路面使用状况的调查中，也发现两条沥青层最厚且未使用改性沥青的京津塘高速公路(沥青层厚20-25cm)和广深珠高速公路(沥青层厚大于30cm)，车辙情况并不严重，而与广深珠高速公路相接的广佛高速公路，气候与交通量基本一致，只是沥青层厚度要小一些，却产生了较大的车辙。,第三部分 小结,第三部分 本节小结,影响沥青混合 料高温稳定性 的主要因素,沥青混合料,内摩擦力,粘结力,1、沥青性质和工作温度下的粘度 2、沥青的感温性 3、沥青与矿料的粘结性 4、沥青矿粉