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摘要：集料性質對瀝青路面使用性能的影響顯著，堿性集料有利于與瀝青粘結。通過收縮系數發現，瀝青含量高瀝青混合料收縮系數變大，更大公稱粒徑大的級配類型具有較強的抵抗開裂能力。

關鍵詞：瀝青路面；集料；級配；開裂

1  背景

瀝青混合料指的是用具有一定黏度和適當用量的瀝青材料與一定級配的礦質集料，經過充分拌和形成的混合物瀝青網sinoasphalt.com。將這種混合料加以攤鋪、碾壓成型，即成為各種類型的瀝青路面。為保證瀝青路面能夠長期穩定的發揮作用，應根據各地的氣溫、車載等情況，采用合理的瀝青混合料級配類型，以提高相關性能。級配確定的前提是集料類型需選擇正確。目前，堿性石料的磨細礦粉是應用于瀝青路面建設的常用填料，與瀝青結合從而增強瀝青的粘結性能。粗細集料占瀝青混合料質量的90%左右，其品質對混合料的路用性能產生顯著影響。一般來說，評價礦料品質的指標分為三大類：類是物理、力學指標，包括強度、磨光值、磨耗率、密度、吸水率等；第二類是體積指標，包括針片狀顆粒含量、棱角性、破碎面等；第三類是工程指標，包括軟石含量、粉塵含量、含泥量等。礦料的物理力學指標、工程指標以及礦物成分指標主要與礦料產地有關，不易改變，而形態特性指標主要受生產機械破碎工藝的影響，可進行有效控制。因此，在明確集料性質的前提下，研究級配對瀝青路面使用性能的影響尤為重要。

瀝青路面的主要性質包括高溫穩定性、低溫抗裂性以及水穩定性等。在不同地區，對各性質的要求程度不一。在溫度較高的區域，車轍現象發生比較頻繁，所以高溫穩定性是瀝青混合料設計的首要考慮因素；而在溫度較低的地區，低溫抗裂性能需要予以關注，以避免裂縫的大量產生。本文主要研究級配類型對瀝青路面低溫開裂的影響及預防措施。

2  瀝青混合料低溫開裂機理及裂縫形式

位于路面面層的瀝青混合料結構層，直接受到氣溫變化的影響。一方面當溫度下降時，瀝青混合料就會產生收縮變形。由于瀝青路面無收縮縫，這種變形會受到基層對路面的摩阻力和路面無限連續板塊體對收縮變形的約束作用，使瀝青面層內產生拉應力。另一方面，瀝青混合料具有應力松弛性能，當給瀝青混凝土一定的應變時，由此產生的應力會隨著時間的延長而松弛。在一般溫度范圍內，由溫度降低而產生的拉應力，會由于應力松弛而減小，將不會產生出現裂縫那么大的應力。瀝青混合料路面的低溫開裂就是溫度應力和應力松弛性能之間關系的問題。當瀝青混合料的應力松弛能力下降幅度較大，導致材料的抗拉強度小于溫度應力，就會導致開裂；當瀝青混合料的應力松弛性能下降幅度較小，能夠保證材料的抗拉強度大于溫度應力，就不會發生開裂。

瀝青混合料的低溫開裂主要有兩種形式：一種是由于氣溫驟降造成材料低溫收縮。當溫度驟降時，混合料的應力松弛性能趕不上，溫度下降產生的應力超過了材料的極限抗拉強度產生的；另一種形式是低溫收縮疲勞裂縫。這是由于在瀝青混合料經受長期多次溫度循環后，瀝青混合料的極限拉伸應變變小，同時瀝青的老化使勁度提高，應變松弛性能降低，所以即使當溫度應力小于其相應溫度原始抗拉強度時也會產生開裂，即溫度疲勞裂縫可能會在比一次性降溫開裂溫度高的溫度下開裂。瀝青混合料的低溫變形能力在很大程度上取決于瀝青材料的性質、瀝青與礦料的黏結強度、級配類型以及瀝青混合料的均勻性。在上述諸多因素中，本文重點闡述礦料級配對瀝青混合料低溫抗裂性的影響。

3 瀝青混合料礦料級配組成

瀝青混合料的礦料級配組成設計就是確定礦質混合料中不同粒徑的顆粒之間用量比例關系,通常采用不同粒徑顆粒的質量比來表示。瀝青混合料可以因為礦料的級配不同而形成不同的組成結構,不同結構狀況的混合料將會表現出不同的物理—力學性質和功能特征。所以, 集料的級配組成對混合料的組成結構和性能有著較大的影響,甚至起著決定性作用。

瀝青混合料按照強度構成特性的不同,劃分為三種結構類型:

(1)密實—懸浮結構的瀝青混合料。這種瀝青混合料的礦料采用連續密級配,即礦料粒徑由大到小連續存在。這種礦物混合料含有大量細料,而粗顆粒數量較少,相互間沒有接觸,不能形成骨架,粗顆粒懸浮于細顆粒之間。

(2)骨架—空隙結構的瀝青混合料。這種混合料的礦料采用連續開級配, 礦質混合料級配遞減系數較大,粗集料含量較高,細集料很少。這種礦物混合料的粗集料可以相互靠攏形成骨架, 但由于細料數量過少,不足以填充粗集料之間的空隙, 其殘余空隙率較大。

(3)密實—骨架結構的瀝青混合料。這種混合料的礦料采用間斷型密級配礦質混合料。既有一定數量的粗集料形成骨架,又有足夠數量的細集料填充骨架空隙。

在這三種結構類型中,骨架—空隙結構主要應用于排水性瀝青路面,密實—骨架結構主要是SMA 路面,前一種路面形式由于原材料以及施工工藝等方面要求較高,在我國暫未普及;SMA 路面造價相對較為昂貴,但由于其行車效果良好,逐漸推廣。目前,在我國瀝青路面主要采用的是密實—懸浮結構,即連續密級配瀝青混合料，因此主要研究AC型級配對瀝青路面抗裂性的影響。

4  級配改善瀝青路面抗裂性能影響

瀝青混合料的低溫開裂主要由于外部荷載以及環境溫度的改變, 導致瀝青混合料內部產生的溫度應力大于混合料自身抗拉強度造成的。相應的評價低溫抗裂性的試驗方法包括:低溫線收縮系數、低溫彎曲蠕變以及約束試件的溫度應力試驗等,每種試驗方法都有其針對性。本次試驗采用低溫線收縮系數試驗方法正是基于收縮性能而制定的。試驗步驟按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》，結果見表1所示。

表1 瀝青混合料低溫線收縮系數測試結果

通過對AC -5 、AC -10 以及AC -13 三種級配類型瀝青混合料性質進行對比分析，得到瀝青用量,線收縮系數的變化規律。

(1)三種級配類型的瀝青混合料線收縮系數均隨著瀝青含量的增加而增大。

(2)在瀝青含量小于6%時,AC -16 相對于其他兩種瀝青混合料具有較小的線收縮系數, 從而保證其具有良好的低溫抗裂性能。

由此可以發現，為了抵抗瀝青路面產生低溫開裂瀝青含量應該在更佳范圍內，低溫下瀝青含量過大造成瀝青脆化，不利于抗裂性能的發揮。礦料粒徑大有利于低溫抗裂，這僅僅是從低溫性能考慮的，應綜合考慮瀝青路面其他使用性能，綜合確定瀝青用量和礦料級配的影響。

5  小結

本文闡述了瀝青混合料低溫開裂的機理及裂縫形式,采用低溫線收縮系數指標,評價瀝青路面的低溫抗裂性能；通過低溫線收縮系數試驗,對比了相同瀝青用量下,瀝青混合料礦料級配與低溫線收縮系數之間的關系,確定了三種瀝青混合料中,AC-16具有更佳的低溫抗裂性。