高温区以级配碎石作基层的沥青混凝土路面施工技术分析

摘要：本文以喀布尔—贾拉拉巴德—图可汗木公路工程为例，分析高温区以级配碎石做基层的沥青混凝土路面施工技术。

关键词：高温稳定性 ；粘附性；酸性材料；矿料

Abstract: This paper, for example, to Kabul - Jalalabad, - diagram Khan wood highway engineering analysis of the high temperature zone graded gravel to do the grass-roots level of the asphalt concrete pavement construction.

Key words: high temperature stability; adhesion; acidic materials; mineral aggregate

中图分类号: TV544+.924文献标识码: A 文章编号:

1.1工程概况：由我公司承建的喀布尔—贾拉拉巴德—图可汗木公路工程，位于阿富汗喀布尔以东，是一条连接阿富汗与巴基斯坦通往中亚各国的主干道，是一条集贸易、资源开发、人道主义援助及阿富汗难民遣返的生命线，具有极端重要性。地势西高东低，海拔从2000米至200米。地貌特征，山区、丘陵分布，地表土为岩石及砂砾发育，岩石分类多为片麻岩、石英岩、花岗岩、角闪岩及页岩。

我公司承建的74公里K67+700——K142+000，位于中部，自然环境变化显著，28公里位于一面是峻山，一侧临峡谷的崇山峻岭中，其他地段穿越丘陵、平川的四面环山的类盆地地段，海拔由500米至950米。气温高达55度（低温在零度以上），干热时间长达半年，降水少，降雨集中在一至三月份。

1.2、技术概况：该工程以路面工程为主，包括基层、沥青混凝土面层、碎石路肩；路基工程以路槽修整为主；桥涵结构物以桥涵修复为主，排水防护工程主要为砌石工程，交通安全设施等。路面结构：25cm厚级配碎石基层、10cm沥青下面层、5cm磨耗层。路基宽度：11.0米，路面标准宽度8.5m双向双车道，其中7米主车道、两边各0.75m硬路肩，0.25m碎石路肩。设计时速：80KM/小时。地震烈度：10.0级。

主要工程量：级配碎石基层19万方，沥青透层66万升，沥青下面层6.4万方，沥青上面层（磨耗层）3.2万方。主要修复结构物100个， 74.3公里交通标志标线及安全设施等。

2.1沥青混合料的强度机理及材料要求:按级配原则构成的沥青混合料的结构强度,是以沥青与矿料之间的粘结力为主,矿料的嵌挤力和内摩擦力为辅而构成。这类混合料的结构强度受温度的影响较大。按最佳级配原理设计的沥青混合料,由连续级配矿料组成的混合料，密实度与强度较高,受沥青的性质影响较大,稳定性较差。

2.2强度机理:

沥青混合料的强度由两部分组成,一是矿料之间的嵌挤力与内摩擦阻力;二是沥青与矿料之间的粘结力。

2.2.1沥青混合料中的嵌挤力与内摩擦阻力的大小，主要取决于矿料的尺寸均匀度、颗粒形状及表面粗糙度。矿料尺寸较大、颗粒均匀、有棱角、表面粗糙时,所组成的混合料具有较大嵌挤力与内摩擦阻力.沥青含量对摩擦阻力的大小也有影响,摩擦阻力随沥青含量的减少而增大。沥青的粘度、混合料的温度和受载时的变形速度,对沥青混合料的嵌挤力和内摩擦阻力的影响极小。

2.2.2沥青混合料的粘聚力

沥青混合料的粘聚力主要取决于:矿料与沥青之间的相互作用形成的粘结力和沥青材料本身的粘聚力。沥青与矿料相互作用使沥青在矿料表面产生化学组分的重新分布，在矿料表面形成一层扩散结构膜，此膜以内的沥青称之为结构沥青，此膜以外的沥青称之为自由沥青。结构沥青与矿料之间相互作用，使沥青的性质发生改变。矿料之间的接触处由扩散结构膜所联接，使沥青的粘滞度增高，并使扩散结构膜接触面积增大，获得更大的粘结力。反之，若为自由沥青所联结，则粘结力较小。

沥青扩散结构膜的形成主要靠沥青与矿料通过物理吸附、化学系吸附、选择性扩散吸附等复杂多样的作用过程。物理吸附是靠分之力作用产生的一种吸附过程，吸附程度依赖于各相接触界面的表面性质。提高物理吸附可通过再沥青中掺加表面活性物质，使之更好地包裹矿料表面，形成吸附层。但物理吸附过程是可逆的，沥青膜在水的作用下产生剥离。

化学吸附过程是沥青中的某些物质（沥青酸）与矿料表面的金属阳离子发生化学反应，生成沥青酸盐，在矿料表面构成形成吸附层的过程，化学作用产生的粘结力，远大于物理吸附，也只有化学吸附，沥青混合料才具有良好的水稳性。化学作用的产生与否以及吸附程度，决定于沥青与矿料的化学成分。

选择性扩散吸附是指某一相物质由于扩散作用沿着另一相的微孔渗到其内部。这种吸附产生的可能及大小取决于矿料的表面性质、空隙状况及沥青的组分与活性。矿料对沥青的选择性吸附作用，主要产生于表面具有微孔（直径小于0.02㎜）的矿料，如石灰岩、泥灰岩、矿渣等。沥青中活性较高的沥青质吸附在矿料表面，树脂吸附在矿料表面层小孔中，而油分则沿着毛细管被吸附到矿料内部，矿料表面的树脂和油分减少，沥青质相应增多，沥青的粘度提高、粘聚力增大，从而在一定程度上改变了混合料的热稳性与水稳性。当沥青与结构致密的矿料相互作用时，上述过程就失去了必要的条件，结构致密的矿料对沥青的选择性吸附不显著。对于具有大孔结构的矿料，沥青的所有组分都将渗入到矿料内部，此时沥青用量应予增加，但沥青性质没有明显改变。

2.2.3影响沥青混合料的粘结力的主要因素有：沥青与矿料的性质、沥青用量及矿料的比表面积。沥青与矿料的性质不同，其相互作用不同。应用石油沥青时碱性矿料与之产生化学吸附，从而产生坚强稳定的吸附力。当遇到酸性矿料时，为了改善与沥青的相互作用过程，在沥青中掺加表面活性物质，或对矿料进行活化处理。

沥青的用量对混合料的粘聚力有较大影响。自由沥青只起到将矿料粘在一起的作用，粘聚力的大小主要取决于沥青本身的性质，结构沥青是与矿料发生了一系列的相互作用而形成，因而其粘结力较沥青的粘聚力大得多。因此，为了提高混合料的强度，不但要选用优质沥青，而且要严格控制沥青的合理用量，使矿料在被沥青充分包裹的前提下适当减薄沥青膜的厚度。矿料的比表面对沥青混合料粘聚力也有较大影响。当沥青含量不便时增加矿料的比表面可以减薄沥青膜的厚度，使结构沥青所占比例增大，粘聚力提高。

2.3、高温稳定性是指抵抗车辙反复压缩变形及侧向流动的能力，首先取决于矿料骨架，尤其是粗骨料的相互嵌挤作用，同时沥青结合料的性质与含量则起到阻碍混合料发生剪切变形的牵制作用，因而两者都是十分重要的。通常，矿料级配的贡献率占到60%，沥青结合料的性质则提供40%的抗车辙能力。

沥青混合料的强度和抗变形能力随温度的变化而变化。温度升高时，沥青的粘滞度降低，矿料之间的粘结力削弱，导致强度与抗变形能力降低。在高温季节，行车荷载的重复作用下，路面易出现车辙、波浪、推移等病害。提高高温稳定性，可采用提高粘结力和内摩擦阻力的方法；在沥青混合料中，增加粗骨料含量，使粗骨料形成空间骨架结构，从而提高沥青混合料的内摩擦阻力；适当地提高沥青材料的粘稠度控制油石比，严格控制沥青用量，避免多余的自由沥青；采用具有活性的矿粉，以改善沥青与矿料的相互作用，提高沥青混合料的粘结力；在沥青中掺入天然橡胶、合成橡胶、聚异丁烯、聚乙烯等化合物，对沥青进行改性，能起到好的高温稳定性；使用粒径较大、表面微观粗糙度大、接近立方体的坚硬碎石；使用机制砂；使用结构层稳定性好，又不影响施工的、具有良好性能的级配组成；使用感温性小的沥青，提高沥青胶砂劲度；施工时避免离析，加强压实；另外结构效应对热稳定性也有一定的影响，如沥青层的厚度和相对于厚度的矿料尺寸，如选用的矿料尺寸同层厚相近可获得较高的稳定性；由于轮胎的约束效应和基层面层之间的摩擦力，薄层沥青现出较厚层沥青更高的承载力。