浅谈沥青混合料的高温稳定性评价

浅谈沥青混合料的高温稳定性评价

谭洪杰

（1.重庆交通大学 材料科学与工程学院，重庆 400041）

摘要：利用沥青铺路是目前世界上大多数国家的常见选择，由于沥青混合料具有流动性，当温度发生变化时，其变形量和强度均会出现不同程度的变化，从而导致沥青路面在高温的条件下会经常性的出现变形等问题。沥青混合料就是为了解决沥青材料不稳定的措施。本文探究了目前国内对于沥青混合料高温稳定性的主要方法以及各自的优劣，并探究影响检验方法的因素。

关键词：沥青混合料；高温稳定性； 影响因素；评价方法

1. 国内外研究现状

由于沥青混合料是一种黏弹性材料，其物理力学性能与温度和荷载作用试验密切相关，在高温的条件下，如果路面的温度超过沥青软化点温度，则沥青路面在车轮的反复碾压下，会产生剪应力，并且剪应力可能超过沥青的抗剪切强度，即稳定极限，从而使流动变形不端2累计而形成车辙等永久性变形破坏。

1.1国外研究现状

在第五届国际沥青路面结构会议之前，国外对于沥青路面车辙现象的研究比较少，但在这之后，国外开始对于沥青路面车辙现象开始重视起来，在上世纪九十年代，美国投入了大量的经费对于沥青混合料永久变形的研究上。在上世纪九十年代，SOUSA J B就基于Maxwell模型提出了沥青混合料粘弹性塑性模式来预估车辙的发展深度。在本世纪初，Archilla基于AASHTO试验路的数据提出了车辙预估经验模型公式。2014年，国外学者研究了沥青材料的力学性能如何影响沥青混合料整体的非线性行为，并分析了这些力学性能与沥青混合料路面车辙深度的相关性。并且将沥青的力学性能基于已开发的非线性粘弹性模型对于沥青混合料的车辙发展进行了预测。

1.2国内研究现状

国内对于沥青路面的高温稳定性做出了许多的研究，目前，研究内容主要是围绕着车辙预估模型的建立、车辙评价指标的改进以及其他新型的评价方法来进行。在本世纪，刘兴东等建立了基于时间硬化蠕变模型的非线性蠕变有限元模型对于沥青路面的车辙深度进行预估；李喜等利用ABAQUS软件建立了路面结构不同时间与深度出的温度场，提出了车辙与平均气温的相关关系式和在平均温度为20℃时车辙RD20与荷载作用次数的拟合公式。

此外，赵彬强等[20]提出用初始变形阶段曲线的割线斜率 d1 来表征沥青混合料路面的早期车辙情况，线性发展阶段曲线的割线斜率 d2 来表征沥青路面的长期高温稳定性。经过分析两个指标能够合理的用于评价大粒径沥青混合料的早期车辙深度和长期高温稳定性。王瑞宜等[21]提出了基于粗集料接触点数量来评价沥青混合料的抗车辙性能，它是通过集料接触点数量的增加多少与集料倾角均值的减小程度来判断混合料的高温性能，应用数字图像技术进行分析。当集料接触点增加越多，集料倾角均值减小越小，沥青混合料的车辙深度越小，抗车辙性能越好。研究表明粗集料级配多的骨架型混合料的抗车辙性能比较好。

2. 评价沥青混合料高温稳定性的方法

目前评价沥青混合料高温稳定性的方法大致的分为两类，一是经验试验方法，主要包括单轴压缩试验、马歇尔试验。二是沥青混合料永久变形的试验方法，主要包括蠕变试验、车辙试验。沥青混合料的高温稳定性一般采用车辙性能来评价。

2.1马歇尔试验

马歇尔试验在最初的时候是由Brue Marshall提出，之后经过美国陆军工程兵团对其进行方法的改进。使得马歇尔试验成为了全世界中大多数政府机构采用的沥青混合料高温稳定性的评价方法。

马歇尔试验是对标准击实的试件在规定的温度和速度等条件下受压，测定沥青混合料的稳定度和流值等指标所进行的试验，马歇尔稳定度试验分为标准马歇尔试验和浸水马歇尔试验。标准马歇尔稳定度试验主要用于沥青混合料的配合比设计以及沥青路面高温稳定性检测。浸水马歇尔稳定度试验主要是检验沥青混合料受水损害的时候抵抗剥落的能力，通过测试检验其水稳定性的可行性。

近年来，由于马歇尔试验过程中试件内部的应力分布状态极为复杂，因此试验结果很难对路面的实际状况做出有效的关联评价。所以用马歇尔稳定度试验来衡量沥青混合料高温稳定性存在着局限性。

2.2车辙试验

在沥青路面的各种损坏中，车辙之所以能够受到大量的关注，是因为车辙严重影响了路面的使用寿命和服务质量，给路面及路面使用者带来了极大的困扰。在半刚性基层沥青路面中，混合料结构发生彻底变形前，车辙的形成存在规律的发展过程。

车辙的原理就是通过板块状的试件与车轮之间的往复相对运动，使试块在车轮的重复荷载作用下产生压密、剪切、推移和流动，从而产生车辙。在试验的过程中，可以测定试块的变形与时间或车轮通过次数之间的关系，计算沥青混合料的变形率（RD）或动稳定度（DS），分别表示为mm/min或次/mm。

3. 影响沥青混合料高温稳定性的因素

3.1内部影响因素

沥青混合料是由沥青结合料黏结矿料组成的，因此沥青的高温黏度越大，劲度越高，和石料的粘附性也就越好，相应的的沥青混合料的抗高温变形能力也就越强。此外，在沥青用量过大的情况下，颗料接触点处的沥青膜增厚，从而使颗料之间的摩擦阻力变小，沥青混合料的稳定性也就降低。不仅如此，在沥青混合料的密实度较低的时候，增加其密实度可以增加颗料间的接触压力，从而使沥青混合料的稳定性得到提高。

在影响沥青混合料高温稳定性的众多因素当中，矿料的影响也不容忽视。通常使用破碎、坚硬、纹理粗糙、多棱角、颗料接近立方体的集料，相应的沥青混合料的高温性能较好，一般情况下，使用碱性集料，更加有利于提高高温稳定性。在细集料中的机制砂成分，极大程度提升了混合料流动性，使得沥青混合料具有粗糙的表面和较好的棱角，加大了沥青混合料的内摩阻力以及嵌挤力。

沥青混合料所表现出来的高温稳定性能，主要是指在温度变化的背景下，车辆对沥青混合料造成的影响。高温稳定性能受到矿料骨架的嵌挤作用影响较大，即矿料级配的空隙率值。当空隙率的值增加或者是减小的时候，都会导致沥青混合料的稳定程度下降，增加空隙率。沥青混合料所表现出来的水稳定性较差，稳定度下降受到沥青与矿料粘合度影响。

3.2外部影响因素

除了沥青混合料自身对高温稳定性的影响外，外部因素对沥青混合料的高温稳定性的影响也是不可忽视的。 对于外部影响因素，主要是从交通荷载、气候条件、施工三个方面来考虑的。首先，交通荷载的大小，作用次数以及连续作用时间对于沥青混合料的高温稳定性的影响是较大的。交通荷载的作用次数越大，持续作用时间越长，沥青路面的路面永久变形也就越大。其次，在气候条件方面，主要包括气温、日照、热流、辐射、风雨等。其中，在高温地区的沥青路面由于气候的原因，路面的永久变形也就越严重。

4. 结论

沥青混合料高温稳定性影响公路质量，在对沥青混合料进行检测的时候，要按照相关标准展开实施，保障混合料满足使用需求。此外，合理控制影响因素，尽可能的避免不良因素对于工程质量的恶性影响。

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