瀝青路面耐久性影響因素及改善措施

摘 要：為合理提升瀝青路面耐久性，需要對其影響因素與改善措施進(jìn)行詳細(xì)分析。通過分析瀝青路面使用案例，整理相關(guān)研究資料，研究瀝青路面耐久性相關(guān)的內(nèi)容。瀝青路面耐久性受到瀝青與礦料質(zhì)量、混合料配合比、溫度與疲勞等因素累加影響，需要通過瀝青混合料改性、優(yōu)化混合料配比、升級施工工藝等方式進(jìn)行改善，通過定向化的改善措施，可以有效提升瀝青路面的耐久性。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；耐久性；影響因素；改善措施

中圖分類號：U416? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2023）12-0104-03

0 引言

瀝青路面的耐久性直接影響行車安全，因此有必要對瀝青路面耐久性進(jìn)行全面研究。本文先分析瀝青路面耐久性的研究價值，再整理相關(guān)影響因素，最后從實際應(yīng)用角度，提供若干改善措施。希望可以為更多瀝青路面建設(shè)單位提供思考方向，提升交通系統(tǒng)安全性，為地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

1 瀝青路面耐久性的重要性

瀝青路面可以提供較為舒適的行車體驗，不會產(chǎn)生過大的噪聲。相較于其他類型的路面，瀝青路面在后續(xù)養(yǎng)護(hù)中不需要花費過多時間，是現(xiàn)代交通系統(tǒng)建設(shè)的重要組成部分。

如果瀝青路面的耐久性低于設(shè)計指標(biāo)，將使瀝青路面對于溫度、荷載等因素的抵抗性能下降，有較大概率會出現(xiàn)車轍、裂縫等病害，嚴(yán)重影響行車安全，降低交通系統(tǒng)的實用性。

因此，分析瀝青路面耐久性影響因素，提出具有可行性的改善措施，合理提升瀝青路面的耐久性，提高各地交通系統(tǒng)建設(shè)綜合水平[1]。

2 瀝青路面耐久性影響因素

2.1 內(nèi)部影響因素

瀝青與礦料的質(zhì)量影響著瀝青混合料性質(zhì)。普通瀝青材料無法滿足瀝青道路的使用需求，若想合理提升瀝青路面的耐久性，就需要提高瀝青使用質(zhì)量。

使用含蠟量較高、延度偏小的瀝青，會導(dǎo)致瀝青路面的表層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性偏弱，容易出現(xiàn)橫向裂縫，使得抗車轍性能下降。

礦料質(zhì)量不合適更會導(dǎo)致瀝青路面頻繁出現(xiàn)破損病害。礦料中的碎石各項數(shù)值不符合使用標(biāo)準(zhǔn)時，會造成瀝青混合料穩(wěn)定性能下降，容易出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。對此，可通過優(yōu)化瀝青混合料性能的方式，對瀝青路面施工建設(shè)質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)。

混合料配合比不合理也會導(dǎo)致瀝青路面耐久性偏低。可以使用Marshall Mix Design，確認(rèn)各種物料的使用比例。當(dāng)瀝青擁有較大粘度，骨料擁有良好親油性與抗磨型，礦粉擁有較高吸油性時，瀝青混合料的熱穩(wěn)定性能就會更好。

瀝青混合料配合比時，需要重點關(guān)注其在高溫條件下的穩(wěn)定性與低溫條件下的抗裂性。盡管Marshall Mix Design擁有較為精密的試驗過程，但在試驗中，可能會受到人為、環(huán)境等因素影響，這就需要對瀝青混合料配合比進(jìn)行全程控制。

在室內(nèi)條件下設(shè)計的瀝青混合料配合比，不能作為瀝青路面施工建設(shè)的最終配合比使用，需要根據(jù)機(jī)械設(shè)備使用性能、各種材料實際質(zhì)量，做預(yù)先試拌處理后，對設(shè)計的瀝青混合料配合比進(jìn)行調(diào)整。確認(rèn)瀝青混合料質(zhì)量達(dá)到瀝青路面施工建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)后，才能根據(jù)瀝青混合料配合比批量化制作瀝青混合料[2]。

2.2 外部影響因素

2.2.1 溫度變化

在瀝青路面受到持續(xù)的低溫、高溫影響時，形成的溫度應(yīng)變無法得到有效處理，由此造成瀝青路面局部區(qū)域呈現(xiàn)松弛化，形成相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力。在局部區(qū)域的內(nèi)應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度時，則會出現(xiàn)瀝青路面開裂病害。

2.2.2 水損害

在通常情況下瀝青和礦料會有較為緊密的粘結(jié)效果，但是在長期潮濕環(huán)境因素影響下，粘結(jié)效果會被削弱。如果瀝青道路車流量較大，會對已經(jīng)削弱粘結(jié)效果的瀝青路面造成更大的荷載影響，使瀝青和礦料的粘結(jié)效果進(jìn)一步下降，導(dǎo)致瀝青路面會出現(xiàn)例如車轍、剝落等病害。

2.2.3 瀝青老化

在瀝青道路使用過程中，瀝青組分會持續(xù)性揮發(fā)，在氧氣、陽光、熱量的疊加影響下，瀝青路面原本的組分出現(xiàn)較大幅度的變化，使瀝青路面硬度提升，這種現(xiàn)象即為瀝青老化。

根據(jù)施工建設(shè)的時間，瀝青老化可以劃分為短期老化與長期老化兩類。短期瀝青老化主要發(fā)生在瀝青路面施工建設(shè)期間，此時的瀝青混合料保持熱狀態(tài)，持續(xù)的高溫會導(dǎo)致瀝青組分出現(xiàn)揮發(fā)、氧化現(xiàn)象。

長期瀝青老化則在瀝青混合料通過施工建設(shè)，形成瀝青路面后才會發(fā)生，是因氧化而形成的瀝青老化問題。一般會在瀝青道路正式投入應(yīng)用后約10年才會出現(xiàn)，這也是大多數(shù)地區(qū)瀝青路面病害主要類型。發(fā)生瀝青老化現(xiàn)象的瀝青路面，可以觀察到局部位置出現(xiàn)較為嚴(yán)重的龜裂現(xiàn)象，會降低行車安全[3]。

3 瀝青路面耐久性改善措施

3.1 瀝青混合料改性

3.1.1 瀝青混合料物理改性

瀝青混合料的物理改性，主要有塑料格柵和土工布兩種方法。前者是利用塑料的力學(xué)性質(zhì)，和已有的瀝青混合料同步應(yīng)用。通過發(fā)揮塑料格柵的抗拉性能，提升瀝青結(jié)構(gòu)層模量與抗拉強(qiáng)度，提高瀝青結(jié)構(gòu)層的韌性。在瀝青路面施工建設(shè)中應(yīng)用塑料格柵，可以有效降低車輪留下的車轍數(shù)量、深度，對反射裂縫起到較好的防治效果。瀝青路面產(chǎn)生疲勞裂縫的時間也可以得到有效推遲，最長時間可達(dá)未使用塑料格柵的瀝青路面產(chǎn)生疲勞裂縫時間的9倍。后者通過鋪設(shè)土工布，可以將舊路面與瀝青混合料做有效隔離，以此達(dá)到延緩反射裂縫生成的效果。

3.1.2 瀝青混合料化學(xué)改性

瀝青混合料的化學(xué)改性一般是應(yīng)用外摻劑，提升瀝青混合料的力學(xué)性能、抗老化性能，降低高溫車轍、低溫開裂等病害發(fā)生概率。相比于瀝青材料，聚合物粘度更高，將聚合物改性劑添加到瀝青混合料中，可以極大提升瀝青混合料的粘稠性能，進(jìn)而提升瀝青混合料的抗流動變形性能。

聚合物改性瀝青可以劃分為以下4個類別：①橡膠類的橡膠瀝青，改性材料為天然橡膠、丁苯橡膠等。②橡膠樹脂類的熱塑性彈性改性瀝青，改性材料為苯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物，也可以將橡膠和熱塑性樹脂一同作為改性劑使用。③樹脂類的熱塑性樹脂改性瀝青，改性材料為乙烯醋酸乙烯共聚物等。④熱固性樹脂改性瀝青，改性材料為環(huán)氧樹脂、密胺樹脂等。

瀝青混合料的化學(xué)改性主要研究方向為通過提升溫度穩(wěn)定性能，提高瀝青混合料的粘結(jié)性能，進(jìn)而達(dá)到提升瀝青路面耐久性能。

在提升聚合物改性瀝青溫度穩(wěn)定性能過程中，如果聚合物改性瀝青所處環(huán)境的溫度偏低，柔性會有明顯下降，這意味著聚合物改性瀝青并非最佳化學(xué)改性方法。如果考慮瀝青在陽光、溫度的影響下，會發(fā)生氧化現(xiàn)象時，可以通過添加抗氧化劑、光屏蔽劑等方式，對于瀝青混合料做改性處理。因為瀝青與酸性石料無法產(chǎn)生化學(xué)吸附效果，僅存在擁有可逆性能的物理吸附效果，可以通過專用設(shè)備檢測石料的pH值，適當(dāng)添加以瀝青酸為代表的極性組分，強(qiáng)化瀝青與石料之間的吸附效果，也可以達(dá)到瀝青混合料化學(xué)改性目標(biāo)[4]。

3.2 優(yōu)化混合料配比

對混合料的配比進(jìn)行調(diào)整，或是選擇其他品種的瀝青，可以對瀝青路面使用特性起到有效改善效果。比如德國使用的瀝青瑪蹄脂碎石混合料（Stone Mastic Asphalt，SMA），逐漸推廣至瑞典、丹麥等國家，我國深圳市濱海大道工程也引進(jìn)這種生產(chǎn)工藝，瀝青路面獲得良好的使用效果。

SMA功能是對瀝青路面的磨耗層性能進(jìn)行優(yōu)化，提升瀝青路面的耐久性，從而減少車轍殘留痕跡，降低病害發(fā)生概率。SMA會使用大量的破碎集料，利用規(guī)格為2 mm篩孔對其進(jìn)行篩選，增加瀝青與填料的使用比例，降低細(xì)砂使用量，并適當(dāng)添加穩(wěn)定改性劑。在這個過程中，粗集料可以構(gòu)建牢固的結(jié)構(gòu)框架，混合瀝青、細(xì)集料、填料支撐的砂漿，與結(jié)構(gòu)框架緊密結(jié)合，可以作為瀝青路面的表面層或連接層使用。如果需要提升砂漿的穩(wěn)定性，也可以向瀝青混合料中添加纖維，有效規(guī)避瀝青混合料運輸、攤鋪作業(yè)中，出現(xiàn)嚴(yán)重的瀝青剝離情況[5]。

如果添加纖維，則要增加瀝青的使用量，通過提升瀝青膜厚度的方式，提升瀝青路面耐久性。而在實際應(yīng)用中，可以發(fā)現(xiàn)使用SMA的瀝青路面，在抗永久形變方面表現(xiàn)良好，瀝青路面的耐久性也有所提升。其相比于常規(guī)的熱拌瀝青混合料瀝青路面，可以延長約40%的使用壽命。盡管需要額外支出20%SMA的瀝青路面施工建設(shè)成本，但是從長期使用收益角度，經(jīng)濟(jì)效益要比熱拌瀝青混合料瀝青路面更好。

如果是擁有寒冷冬季的北方地區(qū)，大多數(shù)車輛會在冬季安裝帶釘輪胎，SMA瀝青路面會表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗磨耗性能與抗滑性能。在瀝青路面施工建設(shè)中，SMA也表現(xiàn)出良好的壓實性能[6]。

3.3 升級瀝青路面施工工藝

可以考慮通過升級瀝青路面施工工藝的方式，提升瀝青路面的耐久性。

3.3.1 熱瀝青處理法

熱瀝青處理法主要應(yīng)用在一些瀝青路面小型維修任務(wù)中，需要向待維修的路面澆灑達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)溫度的熱瀝青，用量以0.4～0.6 kg/㎡為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行混合料的攤鋪與壓實作業(yè)，即可完成維修任務(wù)。如果地面平整度較差，存在較多的細(xì)微裂紋，導(dǎo)致熱瀝青混合料和待維修瀝青路面沒有過強(qiáng)的粘結(jié)強(qiáng)度，即熱瀝青處理方法難以有效提升層間粘結(jié)性能。在澆灑熱瀝青之前，添加適量的有機(jī)溶劑，例如煤油、輕柴油等。

利用有機(jī)溶劑粘度偏低的特點，可以對待維修的瀝青路面進(jìn)行有效潤濕，以此提升平整度，減少細(xì)微裂縫數(shù)量，提高瀝青路面局部再生效果。從大量的應(yīng)用案例中可以發(fā)現(xiàn)，在使用熱瀝青處理法中，添加有機(jī)溶劑，可以有效降低瀝青路面維修處理頻率，提高耐久性能，以此提升瀝青路面的長期經(jīng)濟(jì)效益[7]。

3.3.2 摻水溶性微量劑

在瀝青路面長期使用中，空氣中的水分與積水會導(dǎo)致發(fā)生病害的瀝青路面長時間處于潮濕狀態(tài)，因此無法使用常規(guī)方法進(jìn)行有效粘結(jié)。對此，可以考慮通過摻水溶性微量劑的方式，例如脲醛樹脂、酚醛樹脂等，利用促凝劑和增塑劑的有效成分處理待維修的位置，再完成后續(xù)的瀝青混合料攤鋪與壓實作業(yè)即可[8]。

3.3.3 基層封閉快速施工

因為半剛性瀝青道路擁有良好的使用性能，施工建設(shè)成本相對較低，是我國主要的瀝青道路建設(shè)形式。使用基層封閉快速施工工藝，可以有效降低瀝青面層鋪設(shè)基層環(huán)節(jié)的時間成本。

基層封閉快速施工工藝有以下4點優(yōu)勢：第一，提升基層強(qiáng)度。通過封閉養(yǎng)生處理，能夠讓基層生成的水化熱有效保留，并和瀝青攤鋪釋放的熱量一同作用在基層上[9]。加上瀝青面層擁有較高的自然光吸收效率，在溫度場的影響下，可以有效提升瀝青路面的基層強(qiáng)度。

第二，縮短養(yǎng)生期。封閉養(yǎng)生處理時，只有少量基層水分會被膠結(jié)料反應(yīng)消耗，其他基層水分則用在瀝青路面的養(yǎng)生當(dāng)中。

第三，提升瀝青路面整體強(qiáng)度。因為基層封閉快速施工是采用連續(xù)施工壓實，可以讓層間達(dá)到嵌鎖的效果，所以瀝青路面施工建設(shè)強(qiáng)度得到明顯提升。

第四，降低干燥裂縫發(fā)生概率。基層封閉快速施工可以將基層含水量控制在一定范圍內(nèi)，有效規(guī)避人工養(yǎng)生過程中，瀝青路面干濕交替的情況，進(jìn)而大幅度降低干燥裂縫的發(fā)生概率[10]。

4 結(jié)束語

在進(jìn)行瀝青路面施工建設(shè)時，需要詳細(xì)分析交通系統(tǒng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，參考當(dāng)?shù)厥┕l件，結(jié)合本文有關(guān)瀝青路面耐久性的理論內(nèi)容，設(shè)計一套完善的施工方案。在方案執(zhí)行過程中，需要根據(jù)當(dāng)?shù)貫r青路面典型病害，對方案細(xì)節(jié)內(nèi)容做合理優(yōu)化，確保施工建設(shè)資源得到最大化應(yīng)用，合理提升瀝青路面的耐久性，降低交通系統(tǒng)維修養(yǎng)護(hù)成本，助力當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

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收稿日期：2023-11-18

作者簡介：劉星峰（1982—），男，江蘇淮安人，本科，工程師，研究方向：公路工程。