高強瀝青混凝土的配制及應用分析

胡海銘

（南平市公路工程試驗檢測中心，福建南平 353000）

0 引言

高強瀝青混凝土是由經過特殊處理的瀝青、高性能骨料、礦物填料以及特定的添加劑組成，憑借其卓越的力學性能、耐久性、溫度穩定性和水穩定性，為現代交通設施建設提供了可靠且高效的材料。其在道路、橋梁和其他交通設施中的應用能夠提高設施性能，延長使用壽命，為現代社會帶來長遠經濟、社會效益。

1 高強瀝青混凝土的材料選擇

1.1 聚合物改性瀝青

高強瀝青混凝土在現代道路工程中受到廣泛關注，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將特定的聚合物與傳統瀝青進行物理或化學結合，改善其各種性能的復合材料，其制備的主要目的是提高瀝青的強度、耐久性、高溫穩定性、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目標[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。當聚合物與瀝青進行混合時，在微觀層面上形成互相穿插的網絡結構，有效吸收應力，減少裂縫的產生，并延長材料使用壽命。然而，聚合物的加入量和種類也需謹慎選擇。過多聚合物會導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注的問題，為了確保得到最佳的性能，通常需要通過試驗來確定最佳的聚合物種類和含量。從經濟和環境的角度看，聚合物改性瀝青的成本稍高于傳統瀝青。然而，其長期的使用壽命和減少的維護需求使其在許多工程應用中成為優選材料。

1.2 高強度骨料

骨料作為瀝青混凝土中的主要填料，其物理、化學和力學性質直接影響到混凝土的負載承受能力、耐久性和整體性能。高強度骨料是指經過特殊處理的，具有高抗壓、抗拉和抗磨損性能的骨料，在微觀結構上擁有均勻且緊密的晶體結構，使其在受到外部負載時能均勻分散應力，以提高瀝青混凝土的抗裂和抗變形性能，其硬度和穩定性也遠超傳統骨料，有助于提高混凝土的耐磨損性，延長使用壽命。選擇高強度骨料時，不僅要考慮其機械性質，還需考慮其與瀝青的相容性和黏結性，良好的黏結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，進一步提高混凝土的整體性和抗裂性。另外，雖然高強度骨料在性能上具有優勢，但其成本較高，會增加瀝青混凝土的整體造價。因此，在決策時需要綜合考慮工程的預算、期望的性能指標和長期的維護費用。

1.3 礦物填料

礦物填料在高強瀝青混凝土的制備中占據了不可或缺的地位，作為混凝土中的細小組分，礦物填料對混凝土的稠度、工作性、密實度以及力學性質具有顯著影響。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性能。此外，由于礦物填料顆粒細小，礦物填料能夠與瀝青形成良好的黏附，進而增強混凝土的整體黏結性，適當的礦物填料可以有效調節混凝土的流變性質，使其在施工時具有良好的工作性，而在固化后具有較高的穩定性[2]。填料的化學組成、物理性質和顆粒形態都會對混凝土的性能產生影響。例如，高嶺土和硅石粉由于其較高的表面活性和微觀結構，常被視為理想的礦物填料，能夠提高混凝土的密實度和力學性能、抗水性能。礦物填料的過度使用可能導致瀝青混凝土的稠度過大，影響其施工性能。因此，需根據具體工程需求和材料特性來確定礦物填料的最佳含量。另外，礦物填料的來源和處理方式也會影響其在混凝土中的性能表現，在選擇礦物填料時，需要綜合考慮其來源、成分、處理方法和經濟性。

1.4 添加劑及其他組件

高強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重要的作用，主要用于改進混凝土的工作性、力學性質、耐久性以及其他特定的性能指標。瀝青在長時間的紫外線照射和氧化作用下容易老化，導致混凝土性能下降，抗老化劑能夠有效抵抗這一過程，確?；炷猎谑褂弥芯S持其設計的性能參數。穩定劑和增稠劑用于調節混凝土的流變性質，改進混凝土的施工性，確保其在施工過程中保持適當的流動性，同時在固化后展現出較高的穩定性和密實度，抗剝落劑和濕度調節劑能提高瀝青混凝土對環境變化的適應性，確保其在濕度變化和凍融循環中保持良好的性能。

2 高強瀝青混凝土的配制方法

2.1 設備與工藝

現代的瀝青混合站通常采用自動化、智能化技術，能夠確保瀝青、骨料、填料及添加劑在規定的時間和溫度下完全混合。骨料處理方面，現代化的骨料預處理設備如篩分機、烘干機和提升機等，保證了骨料在進入混合系統前達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實現精確、連續和均勻地投放，確保添加劑與其他材料充分混合。工藝流程方面，從原材料的進場、存儲、預處理，到混合、輸送和裝載，每一個環節都需經過精心設計和優化，保證生產效率，確?；炷恋馁|量和性能。

2.2 溫度控制

瀝青的加熱溫度直接影響其流動性和黏度，過高的溫度可能導致瀝青過度軟化，降低其黏結性，甚至可能導致有害揮發物的產生；而溫度過低則會使瀝青黏稠，難以與骨料充分混合。因此，選擇恰當的瀝青加熱溫度并在混合過程中保持這一溫度是關鍵步驟。預熱骨料可以去除其內部的水分，避免在與瀝青混合時產生蒸汽，導致混凝土的不均勻，保證瀝青與骨料之間黏結，確?；炷恋拿軐嵭院烷L期性能?；旌蠝囟仁菫r青、骨料和其他組分混合均勻的關鍵，綜合考慮瀝青的流動性、骨料溫度和混凝土施工條件，確?；炷琉そY性。

2.3 混合與攪拌

混合與攪拌是高強瀝青混凝土配制過程中的核心步驟，決定了混凝土的均勻性、工作性和最終的結構性能，攪拌器的轉速、葉片設計和攪拌時間都需要經過精確的計算和優化，以確保高效的混合。過度的攪拌可能導致瀝青的過度剪切，影響其性能；而不足的攪拌則可能導致混合物的不均勻。

3 高強瀝青混凝土的性能評價

3.1 力學性能

力學性能是評價高強瀝青混凝土質量和適用性的重要指標，直接決定了混凝土在道路工程中的耐久性、安全性及其長期服務性能?？箟簭姸润w現了混凝土在受到垂直荷載作用時的承載能力，高強瀝青混凝土通過優化材料和配制方法，通?？梢垣@得較高的抗壓強度，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，經常受到車輛荷載的拉伸影響，優質的高強瀝青混凝土應具有良好的抗拉性能，以防止在荷載作用下產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。疲勞性能是評價混凝土在反復荷載作用下的耐久性的重要指標，道路在交通荷載作用下會經歷數以百萬計的荷載循環，因此高強瀝青混凝土必須具有出色的疲勞性能，以確保其在長期服務中保持良好狀態。

3.2 耐久性

耐久性是評價高強瀝青混凝土長期性能的關鍵指標，關乎其在交通工程中的壽命和維護成本?？寡趸匣呛饬繛r青混凝土在長時間暴露于大氣中時，由于氧和其他環境因子作用而導致其性能逐漸下降的能力，高強瀝青混凝土通過選擇抗氧化性好的瀝青及添加特定的抗氧化劑，可以有效延長其使用壽命，減少表面龜裂和硬化?？箖鋈谘h能力對于冷凍地區尤為重要，當水分進入混凝土內部并在低溫下結冰時，會造成體積膨脹，可能導致混凝土開裂。因此，高強瀝青混凝土需要具有良好的微觀結構，以降低水的滲透性和改善其抗凍融性能。

3.3 高溫穩定性

高溫穩定性是衡量高強瀝青混凝土在高溫環境下保持其原有性能和結構的能力，尤其在炎熱的夏季或在高溫荷載作用下。對于路面材料，高溫穩定性不僅關乎路面的使用性能和壽命，還會影響交通安全和行車舒適性。高強瀝青混凝土的高溫穩定性與所用瀝青的類型和性質緊密相關，瀝青在高溫下易軟化，導致黏度下降，可能引發路面的車轍、流動或局部塌陷。因此，選擇高軟化點、低敏感度的瀝青種類是確保高溫穩定性的關鍵。

3.4 低溫抗裂性

低溫抗裂性是衡量高強瀝青混凝土在低溫條件下抵御裂縫發生和擴展的能力，對于冷地或經歷寒冷季節的地區尤為關鍵。因為，裂縫的產生不僅會影響路面的整體性能，還可能導致更深層的結構問題，加大維護成本和風險。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提高低溫抗裂性至關重要。骨料的熱膨脹系數和瀝青的熱膨脹系數應盡可能接近，以減少由于溫度變化引起的內部應力。

3.5 水穩定性

水穩定性是評估高強瀝青混凝土在水的作用下能否保持其性能和結構的關鍵指標，特別是在多雨、濕潤的環境或者易受雨水侵襲的地區，水穩定性直接關系到路面的使用壽命、維護成本以及交通安全。為了保障交通運行的安全和道路結構的耐久性，混凝土材料必須具備良好的水穩定性。因此，骨料本身要具備良好的耐水性，選擇不會因水而劣化的骨料是提高水穩定性的關鍵。為了確保高強瀝青混凝土路面的穩定性，需要在設計和施工階段嚴格控制材料質量和施工質量，選擇適合當地氣候和交通負荷的配合比，并采取適當的防水措施，如使用防水層或適當的排水系統，以減少水分滲透，定期的路面維護和檢查也是確保水穩定性的關鍵措施，及時修補損壞的路面，延長路面的使用壽命，降低維護成本，提高交通安全性。

4 高強瀝青混凝土的應用領域

4.1 城市道路

現代城市化進程中，道路建設與維護成為城市基礎設施的核心組成部分。高強瀝青混凝土憑借其卓越的性能特點，逐漸在城市道路建設中占據重要地位。城市道路的使用頻率高、交通壓力大，因此對道路材料的性能要求也隨之提高，而高強瀝青混凝土的出現恰好滿足了這一需求。繁忙城市交通中對道路表面形成機械應力，高強瀝青混凝土能夠有效抵抗應力，延長道路使用壽命，減少頻繁的修復和維護。城市道路常常面臨各種環境壓力，如溫度波動、雨雪凍融、化學物質泄漏等，高強瀝青混凝土的耐久性和對環境變化的穩定性能夠確保其在各種復雜環境中保持良好的性能，其表面質地以及其內部結構均有助于降低輪胎與道路接觸時產生的噪聲，為城市居民創造更為寧靜的生活環境[4]。另外，城市道路的美觀性同樣重要，高強瀝青混凝土不僅能夠提供持久、光滑的表面，還可以通過添加不同的顏料和骨料來滿足特定的美觀需求，在城市規劃和設計中，為設計師提供更多的創意空間。值得注意的是，隨著綠色建筑和可持續性成為現代城市發展的重要趨勢，高強瀝青混凝土的環保特性也受到廣泛關注，高強瀝青混凝土在生產過程中的能耗低，且可大量使用再生材料。這使其成為環保和可持續性建設的理想選擇。

4.2 停車場與機場跑道

停車場與機場跑道是交通設施的重要組成部分，在使用過程中承受來自汽車、飛機等交通工具的重大載荷和機械應力。因此，選擇能夠滿足其特定性能要求的鋪裝材料至關重要。停車場表面經常受到停放車輛的靜態載荷影響，傳統瀝青混凝土可能在持續的載荷作用下產生變形或車轍，而高強瀝青混凝土能夠提供更高的抗壓強度和抗剪切強度，顯著減少這些問題，機場跑道使用環境和要求更為嚴格。飛機在起降過程中會對跑道造成極大的沖擊和剪切力，對跑道材料提出極高的強度和韌性要求，高強瀝青混凝土的高強度和良好的彈性模量使其能夠有效地吸收和分散飛機的載荷，保證跑道的安全穩定[5]。此外，跑道的摩擦性能對于飛機的安全起降也至關重要，高強瀝青混凝土的表面處理技術可以確保其在各種氣象條件下都具有良好的摩擦性能。

5 結語

高強瀝青混凝土是一種理想的交通設施鋪裝材料，無論是從其卓越的性能、還是從其廣泛的應用領域都反映出其在現代基礎設施建設中的重要地位，配制高強瀝青混凝土的方法和技術也在不斷地進步和完善。隨著更多的研究和應用，高強瀝青混凝土將為構建更加持久、安全和環保的交通設施提供有力的支持。未來，與此相關的技術和應用還將持續引起學術界和工程界的關注，為推動道路和基礎設施建設的持續進步貢獻力量。