[瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度] 瀝青混合料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響因素

　　對(duì)瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi)，并對(duì)其各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。另外對(duì)瀝青混合料的關(guān)鍵指標(biāo)強(qiáng)度提出有利的結(jié)構(gòu)類(lèi)型及其他改進(jìn)措施。 　　改革開(kāi)放三十年來(lái)，我國(guó)公路市場(chǎng)建設(shè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步與發(fā)展，成為拉動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)矚目的重點(diǎn)。公路施工工藝水平和施工技術(shù)更是得到了進(jìn)一步的發(fā)展和提高，由以前量的發(fā)展變換成為現(xiàn)在質(zhì)的飛躍。做為公路行車(chē)最直觀、最具代表性的瀝青路面施工技術(shù)，更是成為了廣大工程技術(shù)人員研究的焦點(diǎn)。而瀝青路面質(zhì)量的好壞除了與現(xiàn)場(chǎng)施工控制、成品料的拌制運(yùn)輸?shù)壬�產(chǎn)環(huán)節(jié)有著密切的關(guān)聯(lián)外，前期的混合料的設(shè)計(jì)與組成，以及混合料本身所具有的物理性質(zhì)也起著決定性的作用。作為一名工程技術(shù)人員，我想從瀝青混合料的組成結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)形成的強(qiáng)度方面，談?wù)勎业恼J(rèn)識(shí)與研究。
　　1.瀝青混合料的級(jí)配類(lèi)型
　　瀝青混合料，按其集料、強(qiáng)度構(gòu)成原則的不同可分為下列3類(lèi)：1）懸浮-密實(shí)結(jié)構(gòu)（連續(xù)密級(jí)配），按次子干涉理論，為避免次級(jí)集料對(duì)前級(jí)集料密排的干涉，前級(jí)集料之間必須留出比次級(jí)集料粒徑稍大的空隙供次級(jí)集料排布，按此組成的瀝青混合料，經(jīng)過(guò)多級(jí)密垛雖然可以獲得很大的密實(shí)度，但是各集料均為次級(jí)集料所隔開(kāi)，不能直接靠攏面形成骨架，有如懸浮于次級(jí)集料及瀝青膠漿之間。這種結(jié)構(gòu)雖具有較高的粘聚力，較好的抗疲勞性能，且不透水，耐老化、耐久性好，但摩阻角較低，因此高溫穩(wěn)定性較差易產(chǎn)生車(chē)轍、推移等病害。2）骨架-空隙結(jié)構(gòu)（連續(xù)開(kāi)級(jí)配），由于這種礦質(zhì)混合料遞減系數(shù)較大，粗集料所占的比例較高，細(xì)集料則很少，甚至沒(méi)有。按此組成的瀝青混合料，粗集料可以互相靠攏形成骨架；但由于細(xì)集料量過(guò)少，空隙率較大，不足以填滿粗集料之間的空隙，因此形成“骨架-空隙”結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料雖然具有較高的摩阻角，但粘聚力較低，因而熱穩(wěn)定性可以顯著提高，但由于空隙率較大而使路面耐久性受到影響。3）密實(shí)-骨架結(jié)構(gòu)（間斷級(jí)配），由于這種礦質(zhì)混合料斷去了中間尺寸粒徑的集料，既有較多數(shù)量的粗集料可形成空間骨架，同時(shí)又有相當(dāng)數(shù)量的細(xì)集料可填密骨架間的空隙，因此形成“密實(shí)-骨架”結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的混合料不僅具有較高的粘聚力。而且具有較高的內(nèi)摩阻角，使其強(qiáng)度也明顯增強(qiáng)。2005年至2006年在玉屏至三穗高速公路，以及2010年在廈蓉高速貴州境榕江格龍至都勻施工期間，我就曾接觸過(guò)上述3種結(jié)構(gòu)類(lèi)型。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)收集可以看出，3種結(jié)構(gòu)的瀝青混合料由于結(jié)構(gòu)常數(shù)不同，因而反映在穩(wěn)定性上亦有顯著的差異。所以我認(rèn)為3種級(jí)配類(lèi)型中，間斷級(jí)是效果最為理想的，開(kāi)級(jí)配其次，密級(jí)配最后。而且經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的通車(chē)使用后，3種不同路面的低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定性、耐久性等路面使用性能，間斷級(jí)配都是最為理想的。通過(guò)前面對(duì)間斷級(jí)配結(jié)構(gòu)形成的機(jī)理可能看得出，它集中了級(jí)配對(duì)于路用性能的絕大部分優(yōu)點(diǎn)。故對(duì)于高等級(jí)路面面層已廣泛采用間斷級(jí)（如SMA結(jié)構(gòu)類(lèi)型），而且此類(lèi)級(jí)配的研究也在進(jìn)一步深入，具有廣闊的發(fā)展前景。
　　
　　2.瀝青混合料的強(qiáng)度
　　瀝青混合料在路面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生破壞的情況，主要是發(fā)生在高溫時(shí)由于抗剪強(qiáng)度不足或塑性變形過(guò)剩而產(chǎn)生推擠等現(xiàn)象，以及低溫時(shí)抗拉強(qiáng)度不足或變形能力較差而產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。目前瀝青混合料強(qiáng)度和穩(wěn)定性理論，主要是要求瀝青混合料在高溫時(shí)必須具有一定的抗剪強(qiáng)度和抵抗變形的能力。為了防止瀝青路面產(chǎn)生高溫剪切破壞，我國(guó)柔性路面設(shè)計(jì)方法中，把在瀝青面層破裂面上可能產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)不大于瀝青混合料的設(shè)計(jì)許用剪應(yīng)力，做為瀝青路面強(qiáng)度重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)。
　　
　　3.提高瀝青混合料強(qiáng)度的措施
　　合理地選擇混合料的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和組成設(shè)計(jì)對(duì)提高其強(qiáng)度具有著重要的作用。當(dāng)然，混合料的結(jié)構(gòu)類(lèi)型和組成設(shè)計(jì)必須根據(jù)穩(wěn)定性方面的要求，結(jié)合瀝青材料的性質(zhì)和當(dāng)?shù)刈匀粭l件加以權(quán)衡確定。另外，還可以通過(guò)以下方面改善瀝青混合料的強(qiáng)度：1）提高礦質(zhì)集料之間的嵌擠力與摩阻力。為了提高瀝青混合料的嵌擠力和摩阻力，要選用表面粗糙、形狀方正、有棱角的礦料，并適當(dāng)增加礦料的粗度。因?yàn)轭w粒形狀及其粗糙度，在破大程度上將決定混合料壓實(shí)后顆粒間相互位置的特性和顆粒接觸有效面積的大小。通常具有顯著的面和棱角，各方向尺寸相差不大，近似正方體，以及具有明顯細(xì)微凸出的粗糙表面的礦質(zhì)集料，在碾壓后能相互嵌擠鎖結(jié)而具有很大的內(nèi)摩擦角。在其他條件相同的情況下，這種礦料所組成的瀝青混合料較之圓形而表面平滑的顆粒具有較高的抗剪強(qiáng)度。2）提高瀝青與礦料之間的粘結(jié)力。首先，做為混合料的膠結(jié)材料“瀝青”的結(jié)構(gòu)尤為重要。具體來(lái)說(shuō)石油瀝青的膠體結(jié)構(gòu)共分為3種，分別為溶膠結(jié)構(gòu)、溶-凝膠結(jié)構(gòu)、凝膠結(jié)構(gòu)。3種膠體結(jié)構(gòu)中溶-凝膠結(jié)構(gòu)最為優(yōu)化，該瀝青中瀝青含量適當(dāng)，并有較多的樹(shù)脂作為保護(hù)物質(zhì)。它所組成的膠團(tuán)之間相互有一定的吸引力。這類(lèi)瀝青在常溫時(shí)，在變形的最初階段，表現(xiàn)為非常明顯的彈性效應(yīng)。大多數(shù)優(yōu)質(zhì)的路用瀝青都屬于該種結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗�具有�?彈性和觸變性，故亦稱彈性溶膠。這種瀝青可以根據(jù)瀝青溫度穩(wěn)定性的指標(biāo)針入度指數(shù)來(lái)選定，它的針入度指數(shù)為P.I.=+2～-2之間。另外，還可能通過(guò)摻加改性劑，制做改性瀝青，使瀝青的其他物理指標(biāo)發(fā)生改變的方法來(lái)提高瀝青與礦料之間的粘結(jié)力。其次是通過(guò)改善礦料的化學(xué)性質(zhì)，活化礦料表面物質(zhì)，使礦料與瀝青的粘結(jié)力得到提高。如適量添加抗剝落劑、使骨料盡可能形成新生表面等方法。
　　
　　4.結(jié)語(yǔ)
　　通過(guò)以上對(duì)瀝青混合料級(jí)配與強(qiáng)度的分析，一定會(huì)使瀝青混合料的前期設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備工作更具科學(xué)性、合理性與準(zhǔn)確性，也會(huì)使施工質(zhì)量上升到一個(gè)新的臺(tái)階，對(duì)于更趨于經(jīng)濟(jì)、合理的配合比和設(shè)計(jì)方法將激勵(lì)我們繼續(xù)進(jìn)行更深入的研究。
　　
　　
　　（作者單位：江蘇省南通遠(yuǎn)大建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司江蘇南通226001）

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