高強(qiáng)瀝青混凝土的配制及應(yīng)用分析

胡海銘

（南平市公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中心，福建南平 353000）

0 引言

高強(qiáng)瀝青混凝土是由經(jīng)過(guò)特殊處理的瀝青、高性能骨料、礦物填料以及特定的添加劑組成，憑借其卓越的力學(xué)性能、耐久性、溫度穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性，為現(xiàn)代交通設(shè)施建設(shè)提供了可靠且高效的材料。其在道路、橋梁和其他交通設(shè)施中的應(yīng)用能夠提高設(shè)施性能，延長(zhǎng)使用壽命，為現(xiàn)代社會(huì)帶來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

1 高強(qiáng)瀝青混凝土的材料選擇

1.1 聚合物改性瀝青

高強(qiáng)瀝青混凝土在現(xiàn)代道路工程中受到廣泛關(guān)注，其重要的組成部分——聚合物改性瀝青，起到了核心作用。聚合物改性瀝青是通過(guò)將特定的聚合物與傳統(tǒng)瀝青進(jìn)行物理或化學(xué)結(jié)合，改善其各種性能的復(fù)合材料，其制備的主要目的是提高瀝青的強(qiáng)度、耐久性、高溫穩(wěn)定性、低溫韌性以及抗老化性。聚合物的選擇依賴于所需的性能改進(jìn)目標(biāo)[1]。例如，使用SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）可以顯著提高瀝青的彈性和韌性。當(dāng)聚合物與瀝青進(jìn)行混合時(shí)，在微觀層面上形成互相穿插的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效吸收應(yīng)力，減少裂縫的產(chǎn)生，并延長(zhǎng)材料使用壽命。然而，聚合物的加入量和種類也需謹(jǐn)慎選擇。過(guò)多聚合物會(huì)導(dǎo)致瀝青混凝土的性能下降，可能影響瀝青與骨料之間的黏附性。此外，不同類型的聚合物在瀝青中的分散性和相容性也是需要關(guān)注的問(wèn)題，為了確保得到最佳的性能，通常需要通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定最佳的聚合物種類和含量。從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的角度看，聚合物改性瀝青的成本稍高于傳統(tǒng)瀝青。然而，其長(zhǎng)期的使用壽命和減少的維護(hù)需求使其在許多工程應(yīng)用中成為優(yōu)選材料。

1.2 高強(qiáng)度骨料

骨料作為瀝青混凝土中的主要填料，其物理、化學(xué)和力學(xué)性質(zhì)直接影響到混凝土的負(fù)載承受能力、耐久性和整體性能。高強(qiáng)度骨料是指經(jīng)過(guò)特殊處理的，具有高抗壓、抗拉和抗磨損性能的骨料，在微觀結(jié)構(gòu)上擁有均勻且緊密的晶體結(jié)構(gòu)，使其在受到外部負(fù)載時(shí)能均勻分散應(yīng)力，以提高瀝青混凝土的抗裂和抗變形性能，其硬度和穩(wěn)定性也遠(yuǎn)超傳統(tǒng)骨料，有助于提高混凝土的耐磨損性，延長(zhǎng)使用壽命。選擇高強(qiáng)度骨料時(shí)，不僅要考慮其機(jī)械性質(zhì)，還需考慮其與瀝青的相容性和黏結(jié)性，良好的黏結(jié)性確保了在瀝青混凝土中骨料與瀝青之間能形成緊密的界面，進(jìn)一步提高混凝土的整體性和抗裂性。另外，雖然高強(qiáng)度骨料在性能上具有優(yōu)勢(shì)，但其成本較高，會(huì)增加瀝青混凝土的整體造價(jià)。因此，在決策時(shí)需要綜合考慮工程的預(yù)算、期望的性能指標(biāo)和長(zhǎng)期的維護(hù)費(fèi)用。

1.3 礦物填料

礦物填料在高強(qiáng)瀝青混凝土的制備中占據(jù)了不可或缺的地位，作為混凝土中的細(xì)小組分，礦物填料對(duì)混凝土的稠度、工作性、密實(shí)度以及力學(xué)性質(zhì)具有顯著影響。礦物填料通常是由天然或人工礦物顆粒組成的，其顆粒大小一般小于0.075mm。礦物填料的主要功能是填充混凝土中的空隙，增加其密度并提高其力學(xué)性能。此外，由于礦物填料顆粒細(xì)小，礦物填料能夠與瀝青形成良好的黏附，進(jìn)而增強(qiáng)混凝土的整體黏結(jié)性，適當(dāng)?shù)牡V物填料可以有效調(diào)節(jié)混凝土的流變性質(zhì)，使其在施工時(shí)具有良好的工作性，而在固化后具有較高的穩(wěn)定性[2]。填料的化學(xué)組成、物理性質(zhì)和顆粒形態(tài)都會(huì)對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生影響。例如，高嶺土和硅石粉由于其較高的表面活性和微觀結(jié)構(gòu)，常被視為理想的礦物填料，能夠提高混凝土的密實(shí)度和力學(xué)性能、抗水性能。礦物填料的過(guò)度使用可能導(dǎo)致瀝青混凝土的稠度過(guò)大，影響其施工性能。因此，需根據(jù)具體工程需求和材料特性來(lái)確定礦物填料的最佳含量。另外，礦物填料的來(lái)源和處理方式也會(huì)影響其在混凝土中的性能表現(xiàn)，在選擇礦物填料時(shí)，需要綜合考慮其來(lái)源、成分、處理方法和經(jīng)濟(jì)性。

1.4 添加劑及其他組件

高強(qiáng)瀝青混凝土的配制中，除了基本的組分如瀝青、骨料和礦物填料外，添加劑及其他組件也起到至關(guān)重要的作用，主要用于改進(jìn)混凝土的工作性、力學(xué)性質(zhì)、耐久性以及其他特定的性能指標(biāo)。瀝青在長(zhǎng)時(shí)間的紫外線照射和氧化作用下容易老化，導(dǎo)致混凝土性能下降，抗老化劑能夠有效抵抗這一過(guò)程，確?；炷猎谑褂弥芯S持其設(shè)計(jì)的性能參數(shù)。穩(wěn)定劑和增稠劑用于調(diào)節(jié)混凝土的流變性質(zhì)，改進(jìn)混凝土的施工性，確保其在施工過(guò)程中保持適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性，同時(shí)在固化后展現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性和密實(shí)度，抗剝落劑和濕度調(diào)節(jié)劑能提高瀝青混凝土對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)性，確保其在濕度變化和凍融循環(huán)中保持良好的性能。

2 高強(qiáng)瀝青混凝土的配制方法

2.1 設(shè)備與工藝

現(xiàn)代的瀝青混合站通常采用自動(dòng)化、智能化技術(shù)，能夠確保瀝青、骨料、填料及添加劑在規(guī)定的時(shí)間和溫度下完全混合。骨料處理方面，現(xiàn)代化的骨料預(yù)處理設(shè)備如篩分機(jī)、烘干機(jī)和提升機(jī)等，保證了骨料在進(jìn)入混合系統(tǒng)前達(dá)到所需的粒徑和干燥程度，提高了混凝土的稠度和工作性。另外，添加劑的投放可使用投放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確、連續(xù)和均勻地投放，確保添加劑與其他材料充分混合。工藝流程方面，從原材料的進(jìn)場(chǎng)、存儲(chǔ)、預(yù)處理，到混合、輸送和裝載，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)和優(yōu)化，保證生產(chǎn)效率，確保混凝土的質(zhì)量和性能。

2.2 溫度控制

瀝青的加熱溫度直接影響其流動(dòng)性和黏度，過(guò)高的溫度可能導(dǎo)致瀝青過(guò)度軟化，降低其黏結(jié)性，甚至可能導(dǎo)致有害揮發(fā)物的產(chǎn)生；而溫度過(guò)低則會(huì)使瀝青黏稠，難以與骨料充分混合。因此，選擇恰當(dāng)?shù)臑r青加熱溫度并在混合過(guò)程中保持這一溫度是關(guān)鍵步驟。預(yù)熱骨料可以去除其內(nèi)部的水分，避免在與瀝青混合時(shí)產(chǎn)生蒸汽，導(dǎo)致混凝土的不均勻，保證瀝青與骨料之間黏結(jié)，確?；炷恋拿軐?shí)性和長(zhǎng)期性能?；旌蠝囟仁菫r青、骨料和其他組分混合均勻的關(guān)鍵，綜合考慮瀝青的流動(dòng)性、骨料溫度和混凝土施工條件，確保混凝土黏結(jié)性。

2.3 混合與攪拌

混合與攪拌是高強(qiáng)瀝青混凝土配制過(guò)程中的核心步驟，決定了混凝土的均勻性、工作性和最終的結(jié)構(gòu)性能，攪拌器的轉(zhuǎn)速、葉片設(shè)計(jì)和攪拌時(shí)間都需要經(jīng)過(guò)精確的計(jì)算和優(yōu)化，以確保高效的混合。過(guò)度的攪拌可能導(dǎo)致瀝青的過(guò)度剪切，影響其性能；而不足的攪拌則可能導(dǎo)致混合物的不均勻。

3 高強(qiáng)瀝青混凝土的性能評(píng)價(jià)

3.1 力學(xué)性能

力學(xué)性能是評(píng)價(jià)高強(qiáng)瀝青混凝土質(zhì)量和適用性的重要指標(biāo)，直接決定了混凝土在道路工程中的耐久性、安全性及其長(zhǎng)期服務(wù)性能?？箟簭?qiáng)度體現(xiàn)了混凝土在受到垂直荷載作用時(shí)的承載能力，高強(qiáng)瀝青混凝土通過(guò)優(yōu)化材料和配制方法，通?？梢垣@得較高的抗壓強(qiáng)度，滿足各種交通荷載需求?？紤]到瀝青混凝土大多用于道路鋪裝，經(jīng)常受到車輛荷載的拉伸影響，優(yōu)質(zhì)的高強(qiáng)瀝青混凝土應(yīng)具有良好的抗拉性能，以防止在荷載作用下產(chǎn)生裂縫或其他形式的破損[3]。模量或稱彈性模量反映了混凝土的剛度，即其抵抗變形的能力，高的彈性模量意味著在荷載作用下，混凝土的變形較小，對(duì)于確保道路平整度和行車舒適性具有重要意義。疲勞性能是評(píng)價(jià)混凝土在反復(fù)荷載作用下的耐久性的重要指標(biāo)，道路在交通荷載作用下會(huì)經(jīng)歷數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的荷載循環(huán)，因此高強(qiáng)瀝青混凝土必須具有出色的疲勞性能，以確保其在長(zhǎng)期服務(wù)中保持良好狀態(tài)。

3.2 耐久性

耐久性是評(píng)價(jià)高強(qiáng)瀝青混凝土長(zhǎng)期性能的關(guān)鍵指標(biāo)，關(guān)乎其在交通工程中的壽命和維護(hù)成本?？寡趸匣呛饬繛r青混凝土在長(zhǎng)時(shí)間暴露于大氣中時(shí)，由于氧和其他環(huán)境因子作用而導(dǎo)致其性能逐漸下降的能力，高強(qiáng)瀝青混凝土通過(guò)選擇抗氧化性好的瀝青及添加特定的抗氧化劑，可以有效延長(zhǎng)其使用壽命，減少表面龜裂和硬化?？箖鋈谘h(huán)能力對(duì)于冷凍地區(qū)尤為重要，當(dāng)水分進(jìn)入混凝土內(nèi)部并在低溫下結(jié)冰時(shí)，會(huì)造成體積膨脹，可能導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。因此，高強(qiáng)瀝青混凝土需要具有良好的微觀結(jié)構(gòu)，以降低水的滲透性和改善其抗凍融性能。

3.3 高溫穩(wěn)定性

高溫穩(wěn)定性是衡量高強(qiáng)瀝青混凝土在高溫環(huán)境下保持其原有性能和結(jié)構(gòu)的能力，尤其在炎熱的夏季或在高溫荷載作用下。對(duì)于路面材料，高溫穩(wěn)定性不僅關(guān)乎路面的使用性能和壽命，還會(huì)影響交通安全和行車舒適性。高強(qiáng)瀝青混凝土的高溫穩(wěn)定性與所用瀝青的類型和性質(zhì)緊密相關(guān)，瀝青在高溫下易軟化，導(dǎo)致黏度下降，可能引發(fā)路面的車轍、流動(dòng)或局部塌陷。因此，選擇高軟化點(diǎn)、低敏感度的瀝青種類是確保高溫穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

3.4 低溫抗裂性

低溫抗裂性是衡量高強(qiáng)瀝青混凝土在低溫條件下抵御裂縫發(fā)生和擴(kuò)展的能力，對(duì)于冷地或經(jīng)歷寒冷季節(jié)的地區(qū)尤為關(guān)鍵。因?yàn)椋芽p的產(chǎn)生不僅會(huì)影響路面的整體性能，還可能導(dǎo)致更深層的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，加大維護(hù)成本和風(fēng)險(xiǎn)。瀝青是溫度敏感的材料，隨著溫度降低其硬度增加、韌性下降使得混凝土更易于裂縫。因此，選擇低溫性能良好的瀝青對(duì)提高低溫抗裂性至關(guān)重要。骨料的熱膨脹系數(shù)和瀝青的熱膨脹系數(shù)應(yīng)盡可能接近，以減少由于溫度變化引起的內(nèi)部應(yīng)力。

3.5 水穩(wěn)定性

水穩(wěn)定性是評(píng)估高強(qiáng)瀝青混凝土在水的作用下能否保持其性能和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵指標(biāo)，特別是在多雨、濕潤(rùn)的環(huán)境或者易受雨水侵襲的地區(qū)，水穩(wěn)定性直接關(guān)系到路面的使用壽命、維護(hù)成本以及交通安全。為了保障交通運(yùn)行的安全和道路結(jié)構(gòu)的耐久性，混凝土材料必須具備良好的水穩(wěn)定性。因此，骨料本身要具備良好的耐水性，選擇不會(huì)因水而劣化的骨料是提高水穩(wěn)定性的關(guān)鍵。為了確保高強(qiáng)瀝青混凝土路面的穩(wěn)定性，需要在設(shè)計(jì)和施工階段嚴(yán)格控制材料質(zhì)量和施工質(zhì)量，選擇適合當(dāng)?shù)貧夂蚝徒煌ㄘ?fù)荷的配合比，并采取適當(dāng)?shù)姆浪胧?，如使用防水層或適當(dāng)?shù)呐潘到y(tǒng)，以減少水分滲透，定期的路面維護(hù)和檢查也是確保水穩(wěn)定性的關(guān)鍵措施，及時(shí)修補(bǔ)損壞的路面，延長(zhǎng)路面的使用壽命，降低維護(hù)成本，提高交通安全性。

4 高強(qiáng)瀝青混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域

4.1 城市道路

現(xiàn)代城市化進(jìn)程中，道路建設(shè)與維護(hù)成為城市基礎(chǔ)設(shè)施的核心組成部分。高強(qiáng)瀝青混凝土憑借其卓越的性能特點(diǎn)，逐漸在城市道路建設(shè)中占據(jù)重要地位。城市道路的使用頻率高、交通壓力大，因此對(duì)道路材料的性能要求也隨之提高，而高強(qiáng)瀝青混凝土的出現(xiàn)恰好滿足了這一需求。繁忙城市交通中對(duì)道路表面形成機(jī)械應(yīng)力，高強(qiáng)瀝青混凝土能夠有效抵抗應(yīng)力，延長(zhǎng)道路使用壽命，減少頻繁的修復(fù)和維護(hù)。城市道路常常面臨各種環(huán)境壓力，如溫度波動(dòng)、雨雪凍融、化學(xué)物質(zhì)泄漏等，高強(qiáng)瀝青混凝土的耐久性和對(duì)環(huán)境變化的穩(wěn)定性能夠確保其在各種復(fù)雜環(huán)境中保持良好的性能，其表面質(zhì)地以及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)均有助于降低輪胎與道路接觸時(shí)產(chǎn)生的噪聲，為城市居民創(chuàng)造更為寧?kù)o的生活環(huán)境[4]。另外，城市道路的美觀性同樣重要，高強(qiáng)瀝青混凝土不僅能夠提供持久、光滑的表面，還可以通過(guò)添加不同的顏料和骨料來(lái)滿足特定的美觀需求，在城市規(guī)劃和設(shè)計(jì)中，為設(shè)計(jì)師提供更多的創(chuàng)意空間。值得注意的是，隨著綠色建筑和可持續(xù)性成為現(xiàn)代城市發(fā)展的重要趨勢(shì)，高強(qiáng)瀝青混凝土的環(huán)保特性也受到廣泛關(guān)注，高強(qiáng)瀝青混凝土在生產(chǎn)過(guò)程中的能耗低，且可大量使用再生材料。這使其成為環(huán)保和可持續(xù)性建設(shè)的理想選擇。

4.2 停車場(chǎng)與機(jī)場(chǎng)跑道

停車場(chǎng)與機(jī)場(chǎng)跑道是交通設(shè)施的重要組成部分，在使用過(guò)程中承受來(lái)自汽車、飛機(jī)等交通工具的重大載荷和機(jī)械應(yīng)力。因此，選擇能夠滿足其特定性能要求的鋪裝材料至關(guān)重要。停車場(chǎng)表面經(jīng)常受到停放車輛的靜態(tài)載荷影響，傳統(tǒng)瀝青混凝土可能在持續(xù)的載荷作用下產(chǎn)生變形或車轍，而高強(qiáng)瀝青混凝土能夠提供更高的抗壓強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度，顯著減少這些問(wèn)題，機(jī)場(chǎng)跑道使用環(huán)境和要求更為嚴(yán)格。飛機(jī)在起降過(guò)程中會(huì)對(duì)跑道造成極大的沖擊和剪切力，對(duì)跑道材料提出極高的強(qiáng)度和韌性要求，高強(qiáng)瀝青混凝土的高強(qiáng)度和良好的彈性模量使其能夠有效地吸收和分散飛機(jī)的載荷，保證跑道的安全穩(wěn)定[5]。此外，跑道的摩擦性能對(duì)于飛機(jī)的安全起降也至關(guān)重要，高強(qiáng)瀝青混凝土的表面處理技術(shù)可以確保其在各種氣象條件下都具有良好的摩擦性能。

5 結(jié)語(yǔ)

高強(qiáng)瀝青混凝土是一種理想的交通設(shè)施鋪裝材料，無(wú)論是從其卓越的性能、還是從其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域都反映出其在現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重要地位，配制高強(qiáng)瀝青混凝土的方法和技術(shù)也在不斷地進(jìn)步和完善。隨著更多的研究和應(yīng)用，高強(qiáng)瀝青混凝土將為構(gòu)建更加持久、安全和環(huán)保的交通設(shè)施提供有力的支持。未來(lái)，與此相關(guān)的技術(shù)和應(yīng)用還將持續(xù)引起學(xué)術(shù)界和工程界的關(guān)注，為推動(dòng)道路和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的持續(xù)進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。