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对提高沥青混凝土路面强度问题的几点思考
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论文关键词：摩阻力粘聚力 结构沥青 吸附
论文摘要：着重分析沥青混凝土强度形成机理，研讨提高混合料强度的措施，以期达到提高沥青路面的使用品质和耐久性的目的。
当前世界各国公路大多采用沥青混凝土路面，其原因是由于它具有诸多良好性能。但同时沥青路面相对于水泥混凝土路面的缺点是：养护费用成本较高，使用期限短，耐久性差。由于建设施工期间选料、施工工艺控制不当，将会加剧沥青路面的破坏。因此，认识沥青混合料(包括沥青混凝土)路面强度形成机理以期达到提高沥青路面的使用品质和耐久性的目的尤为重要。
（一）沥青混合料（包括沥青混凝土)是由矿质骨架和沥青胶结物所构成的、具有空间网络结构的一种多相分散系。沥青混合料(包括沥青混凝土)的强度由两部分组成：矿料之间的嵌挤力与内摩阻力、沥青与矿料之间的粘聚力。就对沥青混凝土强度形成机理以及混合料强度措施进行探讨，从而达到沥青路面使用品质和耐久性的目的。
矿料之间的嵌挤力与内摩阻力的大小，主要取决于矿料的级配、尺寸均匀度、颗粒形状、表面粗糙度和沥青含量。
沥青混合料按级配构成原则的不同可分为下列3种方式：a悬浮密实结构：由连续级配矿质混合料组成的密实混合料，各种级配连续存在，同一档较大颗粒都被较小一档颗粒挤开，大颗粒以悬浮状态处于较小颗粒之中。这种结构通常按最佳级配原理进行设计，密实度与强度较高，水稳定性好，但受沥青的性质和物理状态影响较大，温度稳定性较差。传统的I型和Ⅱ型沥青混凝土(AC)属于此类型结构。b骨架空隙结构：较粗颗粒矿料彼此紧密相连，较细集料数量较少，不足以充分填充空隙，其空隙率大。这种结构中，骨料的之间的内摩阻力和嵌挤力起着重要作用，受沥青的性质和物理状态影响较小，温度稳定性好，水稳定性差。抗滑表层(AK)、沥青碎石(AM)属于此类型结构。c骨架密实结构：是综合以上两种方式组成的结构。混合料中既有一定数量的粗骨料形成骨架，又根据粗骨料的空隙的多少加入一定细料，形成较高的密实度。间断级配及按此原理构成，碎石沥青胶砂混凝土(SMA)、多碎石沥青混凝土(SAC)、薄沥青混凝土(BBM)、Superpawe(SPP)属于此类型结构。此类型结构对材料级配及各施工环节工艺控制要求很严格。（参考《建筑中文网》）
（二）粘聚力主要取决于沥青与矿料之间的相互作用力、沥青材料本身的粘结力。
沥青与矿料之间的相互作用是沥青混合料结构形成的决定性因素，它直接关系到混合料的强度、温度稳定性、水稳定性及老化速度等一系列重要性能。
沥青与矿料接触后，沥青在矿料表面产生化学组分的重新排列，在矿料表面形成一层扩散结构膜，在此薄膜厚度以内的沥青称为结构沥青，此薄膜以外的沥青称为自由沥青。结构沥青与矿料之间发生相互作用并且沥青性质有所改变；而自由沥青与矿料距离较远，没有与矿料发生相互作用，并保持原来的性质。
石油沥青的化学组分主要有沥青酸、沥青酸酐、油分、树脂、沥青质、沥青碳和似碳物等组分。沥青与矿料相互作用时发生多种效应，主要有沥青层被矿物表面物理吸附、沥青与矿料进行的化学吸附、某些种类矿料对沥青组分的选择性吸附。
矿料与沥青之间仅有分子作用力存在时则产生物理吸附，物理吸附形成的结构沥青膜遇水易剥落。沥青中的酸性物质(如沥青酸、沥青酸酑)与碱性矿料在接触面上会发生化学变化，在接触面形成不溶于水的沥青酸盐，这时发生的是化学吸附。化学吸附形成的结构沥青膜具有较高的抗水能力。也只有产生化学吸附，沥青混合料才能具备良好的水稳定性。
化学吸附产生与否以及吸附程度取决于沥青及矿料的化学成分。沥青中最活性组分沥青酸属于高分子羧基酸，其极性部分为羧基(COOH)，羧基中的氢能与碱性石料中的高价金属阳离子交换，形成不溶于水却能溶于高分子碳氢化合物和油分中间的高价沥青酸盐。沥青分子以分子力与岩石中的阴离子(如CO3-2)部分相互作用。沥青酸羧基中的氢与石料中的低价金属阳离子交换，形成的沥青酸盐则易溶于水。
沥青混凝土中填加矿粉的作用是以裹附与矿粉表面的结构沥青填充矿料之间的空隙，有利于增大沥青混合料的粘着力和水稳定性。矿粉一般采用磨细石灰石粉，也可采用一部分磨细消石灰粉或失效水泥代替矿粉。有时拌和楼会将一部分回收粉尘掺入混凝土中作为替代。
矿料对沥青组分的选择性吸附作用，主要产生于表面具有微孔(1L隙直径小于0.02mm)的矿料，如石灰岩、泥灰岩等，微孔具有强大的吸附势能。矿料表面吸附沥青中活性较高的沥青质，树脂吸附于矿料表面小孔中，而分子量较小的油分则沿毛细管被吸收到矿料内部。选择吸附的结果是沥青性质发生变化，树脂和油分相对减少，沥青质和沥青酸相对增加，沥青变稠，粘结力增加，热稳定性和水稳定性得到提高，抗低温和疲劳裂缝能力下降。
（三）提高沥青混合料的强度包括两个方面：一是提高矿质骨料之间的嵌挤力与摩阻力，二是提高沥青与矿料之间的粘结力。
1、选用材质坚固、表面粗糙、形状方正、有棱角的石料，提高矿质骨料之间的嵌挤力与摩阻力。优先使用碱性石料，缺乏碱性石料，可使用中性玄武岩、安山岩、辉绿岩。
2、选择空隙率最低的矿料级配，以降低自由沥青含量。完善拌和与压实工艺可大大提高混合料嵌挤力和水稳定性。
3、经多方案进行试验、比选，选择合适的矿粉，并确定合理用量，增加混合料中结构沥青含量。矿粉用量过多则需要相应增加拌和时间，否则难于拌匀，易结团，一般取规范规定范围内中值。
4、通过在沥青中添加高聚物改性剂(如热塑性弹性体类SBS、橡胶类3BR)或碳黑、硅粉等改性剂改善沥青性质，进而改善沥青混凝土工作性质。
5、可使用抗剥落剂，但抗剥落剂品种较多，性能不同，要慎重选择。添加抗剥落剂能改善和提高沥青混合料抗水损害能力，但抗剥落剂对集料和沥青有选择性。因此，不能轻易得出某种抗剥落剂不好或是劣质产品的结论，应通过周密的试验设计来进行筛选。
综上所述，结合沥青混凝土路面强度形成机理，结合多年工作实践的体验应注意以下几个要点：沥青面层结构混合料类型要合理，宜选用粒径较小、空隙也小的级配混合料；设计与路段实际厚度情况要要相符、不宜过大避免造成窝工；影响工期，质量；补强段的路面厚度要实际，不能凭空想象草草了事、特别是旧路的状况，应避免补强路段的强度补强后弯沉大于设计值，造成新路强度不足、早期破坏严重；严格对原材料的控制，如果对混合料的配合比控制不够，特别是配料和沥清用量不准，会使路面早期出现推拥、油包、松散、坑槽；施工机械设备陈旧、不配套、会使混合料的配合比、计量、拌和均匀性、压实度、平整度受影响；沥青混合料加热过高、拌和时沥青被矿料的高温灼焦、沥青老化、路面强度不足、产生松散、坑槽；碾压温度不宜过高、要注意掌握碾压温度，否则会出现压不实、推移、发生微裂；底基层、基层、路面表层要清除干净、对浮土、浮灰、浮砂如清除不干净，在雨水作用下被行车挤压易造成变软及波及面层；补强松铺系数要控制好，不要导制二次补强层、因二次补强层，无法与下基层紧密连接，易松散、坑槽、网裂。建议补加层用油砂(即茌料)代；在行车作用下的小面积松散、坑槽、特别是采用层铺法施工和贯入式路面和表面处治，初期养护更为重要；严格按基本建设程序办事，认真作好施工管理、质量管理；杜绝无路面施工经验、无路面设备和技术力量的施工队伍承担路面施工及监理有职无权、无法严格监理、不按施工技术规范要求施工，赶工期搞献礼工程。这样一定可以加强沥青混凝土路面的强度，从而达到更大效益追求。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200904/12761.htm
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