沥青路面结构类型及其特殊性分析
2022-06-09
1.前言
集料中各组成颗粒的分级和搭配称为级配。级配是集料一个非常重要的特性，虽然石料颗粒本身的力学特性对沥青混合料及沥青路面结构的性能有影响，但石料在沥青混合料和沥青路面结构中是以集料（不同大小的石料颗粒的集合体）的形式起作用的，各级集料颗粒的多少与搭配以及颗粒分布状况对沥青混合料和沥青路面结构的性能和使用品质影响更为显著。因此，对沥青路面结构类型及其特殊性进行分析研究，有利于合理的选择使用沥青路面结构。
2.沥青混合料和沥青路面的概念
（1）沥青混合料是指由集料和沥青拌和或通过其它工艺所形成的混合料的总称。实际上沥青混合料也包括由改性沥青或（改性）乳化沥青和集料拌和后所形成的混合料。因此，为了区分不同类别的沥青混合料，可在其前加上定语，如热拌沥青混合料、沥青混凝土混合料、乳化沥青稀浆混合料等等，从不同的角度区分可以加上不同的限定词。
（2）沥青路面是由沥青混合料摊铺（碾压）成型后所形成的路面结构层。这种结构是板型的，并且是（经过碾压）成型的，显然沥青混合料（在摊铺前）是非板型的，并未（经过摊铺碾压）成型，是处于松散状态的材料混合体。
（3）因此，常常把沥青路面和沥青混合料两个概念混淆在一起，视为相同的概念，这是不对的。
（4）沥青混合料和沥青路面是不同的两个概念，应加以区分。区分它们是由理论意义和实践意义的。我们常常看到这样的说法--"沥青混合料的强度"、"沥青混合料的抗裂性能"等之类的论述，沥青混合料是松散的没有成型的材料，无所谓"强度"和"抗裂性能"之说，这显然是不准确的，或者说根本就是错误的。这是理论上区分的意义。从实践上讲，相同或相似的沥青混合料可以做成不同类型结构的路面，它们之间不是一一对应的关系（在第3部分进一步阐述），沥青混合料和沥青路面这两个名词不能互相代替，否则将会出现混乱或者错误。这一点也往往被忽视，所以必须把沥青混合料和沥青路面两个概念区分开。
3.沥青路面结构的分类及其特性
（1）按照集料级配的不同，传统的把沥青路面分为如下三种典型结构：在传统的典型沥青路面结构中，要求沥青路面的厚度（h）不小于集料中的最大碎石粒径（D）的2倍，即h/D≥2，在有些沥青路面结构中已经达到h/D>3。由此形成的沥青路面结构如图1中（a）、（b）、（c）三种类型。
传统沥青路面结构非密实型--骨架空隙型结构
密实型悬浮密实型结构
骨架密实型结构
图1沥青路面典型结构示意图（2）骨架空隙型沥青路面结构孔隙率大，细料少，粗料能形成骨架，其抗车辙性能好，防渗水性能差，耐久性差。
（3）悬浮密实型沥青路面结构孔隙率小，细料多，粗料不能形成骨架，其抗车辙性能差，防渗水性能好，耐久性好。
（4）骨架密实型沥青路面结构孔隙率小，细料适中，粗料能形成骨架，其抗车辙性能好，防渗水性能好，耐久性好。
（5）随着微表处（包括稀浆封层）的出现，产生了第四种沥青路面结构，如图1中的（d）所示。在这种沥青路面结构中，最大碎石的粒径和沥青路面结构的厚度相同，即h/D=1，最大粒径碎石在沥青路面结构中形成"顶天立地"的强大的骨架结构，同时在骨架之间填充的是由其它粒径的碎石和沥青胶泥（沥青和矿粉形成的胶结材料称为细胶泥；细胶泥和细集料形成的胶结材料称为粗胶泥。它们统称为胶泥。）形成的悬浮密实型沥青混合料。我们把这种含有"顶天立地"的骨架，并且在骨架之间填充着悬浮密实型沥青混合胶结材料的沥青路面结构称为骨架--悬浮密实复合型结构，这种结构和前三种典型沥青路面结构截然不同。因此，沥青路面结构的分类应变为：
（6）骨架--悬浮密实复合型沥青路面结构和悬浮密实型沥青路面结构是出于同源--都是用悬浮密实型沥青混合料做成的，但是，它们之间最明显的差别是厚度不同，即前者中h/D≥2，后者中h/D=1。由于摊铺厚度的不同，导致在沥青路面结构中最大粒径碎石的排列不同。在悬浮密实型沥青路面结构中最大粒径碎石呈立体（三维）分布并且处于悬浮状态，而在骨架--悬浮密实复合型沥青路面结构中最大粒径碎石呈平面（二维）分布并且"顶天立地"，结果造成它们是性质差异巨大的两种路面结构。现在用一个比喻来说明骨架密实型沥青路面结构和骨架--悬浮密实复合型沥青路面结构之间的关系。钻石和石墨都是由碳原子组成的，但由于碳原子的排列形式不同而出现物理力学性质完全不同的两种物质--钻石和石墨。钻石就如同骨架--悬浮密实复合型沥青路面结构，石墨则好比悬浮密实型沥青路面结构。由于在骨架--悬浮密实复合型沥青路面结构中最大粒径碎石"顶天立地"，形成强大的骨架结构，保证了这种沥青路面结构有足够的强度和高温稳定性能，这种沥青路面结构并非依靠碎石的嵌挤锁结作用形成强度，也不需要沥青有很高的软化点来保证沥青路面结构的高温稳定性能，它主要是要求沥青及其形成的胶结材料具有足够的粘度，把碎石粘结和连接在一起并有较强的附着力，而且具有良好的低温抗裂性能。微表处的用油量要比热拌热铺悬浮密实型沥青路面大得多，并且使用改性乳化沥青，这也保证了这种路面结构具有良好的防渗水性、低温抗裂性和耐久性。
集料中各组成颗粒的分级和搭配称为级配。级配是集料一个非常重要的特性，虽然石料颗粒本身的力学特性对沥青混合料及沥青路面结构的性能有影响，但石料在沥青混合料和沥青路面结构中是以集料（不同大小的石料颗粒的集合体）的形式起作用的，各级集料颗粒的多少与搭配以及颗粒分布状况对沥青混合料和沥青路面结构的性能和使用品质影响更为显著。因此，对沥青路面结构类型及其特殊性进行分析研究，有利于合理的选择使用沥青路面结构。
2.沥青混合料和沥青路面的概念
（1）沥青混合料是指由集料和沥青拌和或通过其它工艺所形成的混合料的总称。实际上沥青混合料也包括由改性沥青或（改性）乳化沥青和集料拌和后所形成的混合料。因此，为了区分不同类别的沥青混合料，可在其前加上定语，如热拌沥青混合料、沥青混凝土混合料、乳化沥青稀浆混合料等等，从不同的角度区分可以加上不同的限定词。
（2）沥青路面是由沥青混合料摊铺（碾压）成型后所形成的路面结构层。这种结构是板型的，并且是（经过碾压）成型的，显然沥青混合料（在摊铺前）是非板型的，并未（经过摊铺碾压）成型，是处于松散状态的材料混合体。
（3）因此，常常把沥青路面和沥青混合料两个概念混淆在一起，视为相同的概念，这是不对的。
（4）沥青混合料和沥青路面是不同的两个概念，应加以区分。区分它们是由理论意义和实践意义的。我们常常看到这样的说法--"沥青混合料的强度"、"沥青混合料的抗裂性能"等之类的论述，沥青混合料是松散的没有成型的材料，无所谓"强度"和"抗裂性能"之说，这显然是不准确的，或者说根本就是错误的。这是理论上区分的意义。从实践上讲，相同或相似的沥青混合料可以做成不同类型结构的路面，它们之间不是一一对应的关系（在第3部分进一步阐述），沥青混合料和沥青路面这两个名词不能互相代替，否则将会出现混乱或者错误。这一点也往往被忽视，所以必须把沥青混合料和沥青路面两个概念区分开。
3.沥青路面结构的分类及其特性
（1）按照集料级配的不同，传统的把沥青路面分为如下三种典型结构：在传统的典型沥青路面结构中，要求沥青路面的厚度（h）不小于集料中的最大碎石粒径（D）的2倍，即h/D≥2，在有些沥青路面结构中已经达到h/D>3。由此形成的沥青路面结构如图1中（a）、（b）、（c）三种类型。
传统沥青路面结构非密实型--骨架空隙型结构
密实型悬浮密实型结构
骨架密实型结构
图1沥青路面典型结构示意图（2）骨架空隙型沥青路面结构孔隙率大，细料少，粗料能形成骨架，其抗车辙性能好，防渗水性能差，耐久性差。
（3）悬浮密实型沥青路面结构孔隙率小，细料多，粗料不能形成骨架，其抗车辙性能差，防渗水性能好，耐久性好。
（4）骨架密实型沥青路面结构孔隙率小，细料适中，粗料能形成骨架，其抗车辙性能好，防渗水性能好，耐久性好。
（5）随着微表处（包括稀浆封层）的出现，产生了第四种沥青路面结构，如图1中的（d）所示。在这种沥青路面结构中，最大碎石的粒径和沥青路面结构的厚度相同，即h/D=1，最大粒径碎石在沥青路面结构中形成"顶天立地"的强大的骨架结构，同时在骨架之间填充的是由其它粒径的碎石和沥青胶泥（沥青和矿粉形成的胶结材料称为细胶泥；细胶泥和细集料形成的胶结材料称为粗胶泥。它们统称为胶泥。）形成的悬浮密实型沥青混合料。我们把这种含有"顶天立地"的骨架，并且在骨架之间填充着悬浮密实型沥青混合胶结材料的沥青路面结构称为骨架--悬浮密实复合型结构，这种结构和前三种典型沥青路面结构截然不同。因此，沥青路面结构的分类应变为：
（6）骨架--悬浮密实复合型沥青路面结构和悬浮密实型沥青路面结构是出于同源--都是用悬浮密实型沥青混合料做成的，但是，它们之间最明显的差别是厚度不同，即前者中h/D≥2，后者中h/D=1。由于摊铺厚度的不同，导致在沥青路面结构中最大粒径碎石的排列不同。在悬浮密实型沥青路面结构中最大粒径碎石呈立体（三维）分布并且处于悬浮状态，而在骨架--悬浮密实复合型沥青路面结构中最大粒径碎石呈平面（二维）分布并且"顶天立地"，结果造成它们是性质差异巨大的两种路面结构。现在用一个比喻来说明骨架密实型沥青路面结构和骨架--悬浮密实复合型沥青路面结构之间的关系。钻石和石墨都是由碳原子组成的，但由于碳原子的排列形式不同而出现物理力学性质完全不同的两种物质--钻石和石墨。钻石就如同骨架--悬浮密实复合型沥青路面结构，石墨则好比悬浮密实型沥青路面结构。由于在骨架--悬浮密实复合型沥青路面结构中最大粒径碎石"顶天立地"，形成强大的骨架结构，保证了这种沥青路面结构有足够的强度和高温稳定性能，这种沥青路面结构并非依靠碎石的嵌挤锁结作用形成强度，也不需要沥青有很高的软化点来保证沥青路面结构的高温稳定性能，它主要是要求沥青及其形成的胶结材料具有足够的粘度，把碎石粘结和连接在一起并有较强的附着力，而且具有良好的低温抗裂性能。微表处的用油量要比热拌热铺悬浮密实型沥青路面大得多，并且使用改性乳化沥青，这也保证了这种路面结构具有良好的防渗水性、低温抗裂性和耐久性。