多維度剖析瀝青混合料抗剪性能的影響因素及優(yōu)化策略一、引言1.1研究背景與意義瀝青混合料作為道路建設(shè)的關(guān)鍵材料，其性能優(yōu)劣直接關(guān)乎道路的質(zhì)量與使用壽命。在眾多性能指標(biāo)中，抗剪性能扮演著舉足輕重的角色，對(duì)道路的長(zhǎng)期性能和行車(chē)安全有著深遠(yuǎn)影響。隨著交通量的持續(xù)攀升以及重型車(chē)輛的日益增多，道路所承受的荷載不斷增大，這對(duì)瀝青混合料的抗剪性能提出了更為嚴(yán)苛的要求。在實(shí)際道路使用過(guò)程中，瀝青路面會(huì)遭受車(chē)輛荷載的反復(fù)作用，在車(chē)輪與路面接觸區(qū)域會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，其中剪應(yīng)力是導(dǎo)致路面破壞的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)瀝青混合料的抗剪性能不足時(shí)，路面容易出現(xiàn)車(chē)轍、擁包、推移等病害。車(chē)轍不僅會(huì)影響路面的平整度，增加行車(chē)阻力和油耗，還會(huì)導(dǎo)致積水，降低行車(chē)安全性；擁包和推移則會(huì)使路面出現(xiàn)局部隆起和變形，嚴(yán)重影響行車(chē)舒適性和穩(wěn)定性。這些病害不僅會(huì)縮短道路的使用壽命，增加養(yǎng)護(hù)成本，還會(huì)對(duì)交通安全構(gòu)成威脅。例如，在一些交通繁忙的高速公路上，由于瀝青混合料抗剪性能不佳，通車(chē)后短時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)了明顯的車(chē)轍和擁包現(xiàn)象，不得不頻繁進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，給交通帶來(lái)了極大的不便。從學(xué)術(shù)研究角度來(lái)看，深入探究不同因素對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響，有助于進(jìn)一步完善瀝青混合料的設(shè)計(jì)理論和方法。傳統(tǒng)的瀝青混合料設(shè)計(jì)往往側(cè)重于馬歇爾穩(wěn)定度、流值等指標(biāo)，對(duì)抗剪性能的考慮相對(duì)不足。通過(guò)研究不同因素對(duì)抗剪性能的影響規(guī)律，可以為瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)提供更為科學(xué)合理的依據(jù)，使設(shè)計(jì)出的瀝青混合料在滿(mǎn)足其他性能要求的同時(shí)，具備更好的抗剪性能。此外，這也有助于揭示瀝青混合料的力學(xué)行為和破壞機(jī)理，豐富和發(fā)展道路材料的力學(xué)理論，為道路工程的可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的理論支撐。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，瀝青混合料抗剪性能的研究起步較早。美國(guó)的研究人員借助三軸試驗(yàn)、單軸貫入試驗(yàn)等方法，深入分析了集料級(jí)配、瀝青性質(zhì)等因素對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，粗集料含量較高且形成骨架結(jié)構(gòu)的瀝青混合料，其高溫抗剪強(qiáng)度顯著增大。例如，在一些高溫地區(qū)的道路建設(shè)中，通過(guò)優(yōu)化集料級(jí)配，增加粗集料的比例，有效提高了瀝青路面的抗車(chē)轍能力，減少了路面因抗剪性能不足而產(chǎn)生的病害。歐洲的學(xué)者則側(cè)重于從微觀角度探究瀝青混合料的抗剪機(jī)理，運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM）等先進(jìn)技術(shù)，觀察瀝青與集料之間的界面粘結(jié)情況，以及在荷載作用下微觀結(jié)構(gòu)的變化。相關(guān)研究表明，瀝青與集料的界面粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)瀝青混合料的抗剪性能有著至關(guān)重要的影響，良好的界面粘結(jié)能夠有效傳遞應(yīng)力，提高混合料的整體抗剪能力。國(guó)內(nèi)對(duì)于瀝青混合料抗剪性能的研究也取得了豐碩的成果。眾多學(xué)者通過(guò)直接剪切試驗(yàn)、無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)和劈裂試驗(yàn)等多種手段，對(duì)瀝青混合料的抗剪性能進(jìn)行了全面研究，并深入分析了其抗剪強(qiáng)度、抗剪參數(shù)與高溫車(chē)轍動(dòng)穩(wěn)定度、馬歇爾穩(wěn)定度、空隙率等指標(biāo)之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，瀝青混合料的抗剪性能能夠很好地反映其抗車(chē)轍性能，為瀝青路面的設(shè)計(jì)和施工提供了重要的參考依據(jù)。例如，在一些重載交通道路的建設(shè)中，通過(guò)調(diào)整瀝青混合料的配合比，提高其抗剪性能，有效延長(zhǎng)了道路的使用壽命，降低了養(yǎng)護(hù)成本。此外，國(guó)內(nèi)學(xué)者還對(duì)瀝青添加劑、纖維等對(duì)瀝青混合料抗剪性能的改善作用進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)添加適量的添加劑或纖維能夠顯著提高瀝青混合料的粘聚力和內(nèi)摩擦角，從而提升其抗剪性能。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在瀝青混合料抗剪性能影響因素方面已取得一定成果，但仍存在一些不足之處?，F(xiàn)有研究對(duì)于多因素耦合作用下瀝青混合料抗剪性能的變化規(guī)律研究相對(duì)較少，實(shí)際道路工程中，瀝青混合料往往受到多種因素的共同作用，如溫度、荷載、濕度等，這些因素之間相互影響、相互制約，對(duì)瀝青混合料抗剪性能的綜合影響機(jī)制尚不完全明確。部分研究采用的試驗(yàn)方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致不同研究結(jié)果之間的可比性較差，難以形成系統(tǒng)的理論體系和實(shí)用的設(shè)計(jì)方法。對(duì)于新型瀝青混合料和新材料在抗剪性能方面的研究還不夠深入，隨著道路工程技術(shù)的不斷發(fā)展，新型瀝青混合料和新材料不斷涌現(xiàn)，如溫拌瀝青混合料、橡膠瀝青混合料等，它們的抗剪性能特點(diǎn)和影響因素有待進(jìn)一步深入研究。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本研究將全面、系統(tǒng)地探究不同因素對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響，主要研究?jī)?nèi)容涵蓋以下幾個(gè)關(guān)鍵方面：瀝青性質(zhì)對(duì)抗剪性能的影響：深入分析瀝青的種類(lèi)，如基質(zhì)瀝青、改性瀝青（SBS改性瀝青、橡膠改性瀝青等），以及瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)，包括粘度、針入度、軟化點(diǎn)等，對(duì)瀝青混合料抗剪性能的作用機(jī)制。通過(guò)不同瀝青類(lèi)型的對(duì)比試驗(yàn)，以及改變?yōu)r青指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，研究其對(duì)混合料粘聚力和內(nèi)摩擦角的影響，進(jìn)而明確瀝青性質(zhì)與抗剪性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。集料特性對(duì)抗剪性能的影響：從集料的多個(gè)特性入手，包括粒徑大小、形狀（如棱角性、球形度）、級(jí)配類(lèi)型（密級(jí)配、開(kāi)級(jí)配、間斷級(jí)配），以及表面性質(zhì)（粗糙度、潔凈度、吸水性）等，研究它們對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響。通過(guò)設(shè)計(jì)不同集料特性的混合料配合比，進(jìn)行抗剪性能試驗(yàn)，分析集料特性的變化如何影響混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，從而揭示集料特性與抗剪性能的關(guān)系。添加劑對(duì)抗剪性能的影響：探究常見(jiàn)添加劑，如抗車(chē)轍劑、纖維（木質(zhì)素纖維、聚酯纖維等），以及其他新型添加劑對(duì)瀝青混合料抗剪性能的改善效果。通過(guò)在瀝青混合料中添加不同種類(lèi)和劑量的添加劑，進(jìn)行抗剪性能測(cè)試，研究添加劑如何改變?yōu)r青與集料之間的相互作用，以及對(duì)混合料微觀結(jié)構(gòu)和宏觀力學(xué)性能的影響，為添加劑的合理使用提供依據(jù)。配合比設(shè)計(jì)對(duì)抗剪性能的影響：研究瀝青與集料的比例、礦粉用量、空隙率等配合比參數(shù)對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響。通過(guò)正交試驗(yàn)等方法，設(shè)計(jì)不同配合比的瀝青混合料，進(jìn)行抗剪性能試驗(yàn)，建立配合比參數(shù)與抗剪性能之間的數(shù)學(xué)模型，為優(yōu)化瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)提供科學(xué)指導(dǎo)。環(huán)境因素對(duì)抗剪性能的影響：考慮溫度、濕度、荷載作用頻率等環(huán)境因素對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響。通過(guò)模擬不同的環(huán)境條件，如高溫、低溫、潮濕、干燥等，以及不同的荷載作用頻率，對(duì)瀝青混合料進(jìn)行抗剪性能試驗(yàn)，分析環(huán)境因素如何改變?yōu)r青混合料的物理力學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而影響其抗剪性能，為道路在不同環(huán)境條件下的設(shè)計(jì)和使用提供參考。在研究方法上，本研究將綜合運(yùn)用多種方法，以確保研究的全面性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性：試驗(yàn)研究方法：采用直接剪切試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、單軸貫入試驗(yàn)等多種試驗(yàn)方法，對(duì)不同因素影響下的瀝青混合料進(jìn)行抗剪性能測(cè)試。這些試驗(yàn)方法能夠模擬瀝青混合料在實(shí)際道路中的受力狀態(tài)，獲取準(zhǔn)確的抗剪強(qiáng)度、粘聚力和內(nèi)摩擦角等參數(shù)。在試驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性和重復(fù)性。同時(shí)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)分析，運(yùn)用方差分析、相關(guān)性分析等方法，確定各因素對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響程度和顯著性。微觀分析方法：借助掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）等微觀測(cè)試技術(shù)，觀察瀝青與集料之間的界面粘結(jié)情況、添加劑在混合料中的分散狀態(tài)，以及混合料在荷載作用下微觀結(jié)構(gòu)的變化。通過(guò)微觀分析，從微觀層面揭示不同因素對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響機(jī)制，為宏觀試驗(yàn)結(jié)果提供微觀理論支持。數(shù)值模擬方法：運(yùn)用有限元軟件（如ANSYS、ABAQUS）等，建立瀝青混合料的三維數(shù)值模型，模擬其在不同荷載和環(huán)境條件下的力學(xué)響應(yīng)。通過(guò)數(shù)值模擬，可以深入研究瀝青混合料內(nèi)部的應(yīng)力分布、應(yīng)變發(fā)展規(guī)律，以及不同因素對(duì)這些力學(xué)參數(shù)的影響。數(shù)值模擬方法能夠彌補(bǔ)試驗(yàn)研究的局限性，為研究提供更全面、深入的分析結(jié)果。理論分析方法：基于材料力學(xué)、膠體化學(xué)、表面物理等學(xué)科的基本理論，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果和微觀分析結(jié)果進(jìn)行理論分析。建立瀝青混合料抗剪性能的理論模型，推導(dǎo)相關(guān)公式，解釋不同因素對(duì)抗剪性能的影響機(jī)理，為瀝青混合料的設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化提供理論依據(jù)。二、瀝青混合料抗剪性能概述2.1抗剪性能的基本概念抗剪性能是指材料抵抗剪切破壞的能力，對(duì)于瀝青混合料而言，這一性能直接影響著瀝青路面在車(chē)輛荷載作用下的穩(wěn)定性和耐久性。在實(shí)際道路使用過(guò)程中，瀝青路面會(huì)受到車(chē)輛輪胎與路面之間的摩擦力、水平推力等多種力的作用，這些力會(huì)在瀝青混合料內(nèi)部產(chǎn)生剪應(yīng)力。當(dāng)剪應(yīng)力超過(guò)瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度時(shí)，路面就可能出現(xiàn)各種病害，如車(chē)轍、擁包、推移等，嚴(yán)重影響道路的使用性能和行車(chē)安全。因此，深入理解瀝青混合料抗剪性能的基本概念，對(duì)于保障道路工程質(zhì)量和使用壽命具有重要意義?？辜魪?qiáng)度是瀝青混合料抗剪性能的重要量化指標(biāo)，它表示材料在剪切作用下達(dá)到破壞時(shí)所能承受的最大剪應(yīng)力。根據(jù)摩爾-庫(kù)倫理論，瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度\tau可由公式\tau=c+\sigma\tan\varphi表示，其中c為粘聚力，\sigma為正應(yīng)力，\varphi為內(nèi)摩擦角。這一公式表明，瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度不僅取決于自身的粘聚力和內(nèi)摩擦角，還與所受的正應(yīng)力密切相關(guān)。在實(shí)際道路中，車(chē)輛荷載產(chǎn)生的正應(yīng)力和剪應(yīng)力會(huì)不斷變化，因此瀝青混合料需要具備足夠的抗剪強(qiáng)度來(lái)應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜的受力情況。例如，在交通繁忙的路段，車(chē)輛頻繁制動(dòng)和加速，會(huì)使路面受到較大的水平推力和剪應(yīng)力，此時(shí)瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度就成為決定路面是否能夠保持穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。內(nèi)摩擦角\varphi反映了集料顆粒之間的相互嵌擠和摩擦作用，是影響瀝青混合料抗剪性能的重要參數(shù)之一。內(nèi)摩擦角的大小主要取決于集料的形狀、粒徑、級(jí)配以及表面粗糙度等因素。具有棱角分明、表面粗糙的集料，能夠提供更好的嵌擠和摩擦作用，從而使瀝青混合料具有較大的內(nèi)摩擦角。當(dāng)集料之間形成良好的骨架結(jié)構(gòu)時(shí)，內(nèi)摩擦角也會(huì)相應(yīng)增大。在間斷級(jí)配的瀝青混合料中，粗集料含量較多且相互嵌擠形成骨架，細(xì)集料填充在骨架空隙中，這種結(jié)構(gòu)能夠使內(nèi)摩擦角顯著提高。內(nèi)摩擦角越大，瀝青混合料在受到剪切力時(shí)，集料顆粒之間抵抗相對(duì)滑動(dòng)的能力就越強(qiáng)，從而提高了混合料的抗剪性能。在一些山區(qū)道路或重載交通道路中，選擇合適的集料級(jí)配和形狀，以增大內(nèi)摩擦角，對(duì)于提高路面的抗剪性能和抗車(chē)轍能力具有重要作用。粘聚力c則體現(xiàn)了瀝青與集料之間的粘結(jié)作用以及瀝青自身的內(nèi)聚力，它是瀝青混合料抗剪性能的另一個(gè)關(guān)鍵影響因素。瀝青作為一種粘結(jié)劑，能夠?qū)⒓项w粒粘結(jié)在一起，形成一個(gè)整體。瀝青與集料之間的粘結(jié)力主要來(lái)源于物理吸附和化學(xué)吸附作用。物理吸附是由于分子間引力的作用，使瀝青在集料表面形成一層吸附層；化學(xué)吸附則是瀝青與集料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，從而增強(qiáng)了兩者之間的粘結(jié)力。瀝青的粘度、用量以及集料的表面性質(zhì)等都會(huì)對(duì)粘聚力產(chǎn)生影響。高粘度的瀝青能夠提供更強(qiáng)的粘結(jié)力，適量的瀝青用量可以保證集料顆粒被充分包裹，從而提高粘聚力。此外，礦粉的加入可以與瀝青形成結(jié)構(gòu)瀝青，進(jìn)一步增強(qiáng)粘聚力。在實(shí)際工程中，通過(guò)選擇優(yōu)質(zhì)的瀝青和合適的添加劑，以及對(duì)集料進(jìn)行預(yù)處理，可以有效提高瀝青混合料的粘聚力，進(jìn)而提升其抗剪性能。2.2抗剪性能對(duì)道路工程的重要性在道路工程中，瀝青混合料的抗剪性能起著至關(guān)重要的作用，它直接關(guān)系到道路的使用壽命和行車(chē)安全。一旦瀝青混合料的抗剪性能不足，就會(huì)引發(fā)一系列嚴(yán)重的道路病害，對(duì)道路的正常使用和交通的安全順暢造成極大影響。車(chē)轍是瀝青路面常見(jiàn)的病害之一，主要是由于在高溫條件下，車(chē)輛荷載產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過(guò)了瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致瀝青層發(fā)生流動(dòng)性變形，在輪跡帶處形成永久性凹槽。車(chē)轍的出現(xiàn)不僅會(huì)使路面平整度降低，導(dǎo)致車(chē)輛行駛時(shí)產(chǎn)生顛簸感，降低行車(chē)舒適性，還會(huì)增加行車(chē)阻力，使車(chē)輛油耗增加。車(chē)轍處容易積水，在雨天時(shí)會(huì)降低輪胎與路面之間的摩擦力，增加車(chē)輛打滑的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅行車(chē)安全。在某高速公路的一段重載交通路段，由于該路段交通量大，且大型貨車(chē)頻繁通行，瀝青混合料在長(zhǎng)期的重載和高溫作用下，抗剪性能逐漸下降。通車(chē)后不久，路面就出現(xiàn)了明顯的車(chē)轍，深度達(dá)到了3-5厘米。在雨天，車(chē)轍處積水嚴(yán)重，導(dǎo)致多起車(chē)輛打滑失控的事故，給司乘人員的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了巨大損失。為了修復(fù)這些車(chē)轍，相關(guān)部門(mén)不得不投入大量的人力、物力和財(cái)力進(jìn)行銑刨重鋪，不僅增加了道路養(yǎng)護(hù)成本，還對(duì)交通造成了長(zhǎng)時(shí)間的擁堵。擁包是另一種常見(jiàn)的由瀝青混合料抗剪性能不足引發(fā)的病害，通常表現(xiàn)為路面局部隆起，形成一個(gè)高于正常路面的包狀結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)樵谲?chē)輛的頻繁制動(dòng)、加速以及轉(zhuǎn)向等操作過(guò)程中，輪胎對(duì)路面產(chǎn)生較大的水平作用力，當(dāng)瀝青混合料的抗剪性能無(wú)法抵抗這些水平力時(shí)，路面材料就會(huì)發(fā)生橫向位移和堆積，從而形成擁包。擁包的存在會(huì)使路面的平整度遭到破壞，影響車(chē)輛的行駛穩(wěn)定性，容易導(dǎo)致車(chē)輛在行駛過(guò)程中發(fā)生方向偏移，增加駕駛員的操作難度和駕駛疲勞度。在一些城市道路的交叉口和公交站點(diǎn)附近，由于車(chē)輛頻繁啟停，路面受到的水平力較大。如果瀝青混合料的抗剪性能不佳，就很容易出現(xiàn)擁包現(xiàn)象。在某城市主干道的一個(gè)交叉口，由于長(zhǎng)期受到車(chē)輛的水平力作用，瀝青路面出現(xiàn)了多處擁包，高度在5-10厘米不等。這些擁包使得車(chē)輛在通過(guò)時(shí)不得不減速避讓?zhuān)瑢?dǎo)致交通擁堵加劇，同時(shí)也增加了交通事故的發(fā)生概率。為了修復(fù)這些擁包，道路管理部門(mén)需要及時(shí)進(jìn)行銑刨和重新攤鋪，但由于該路段交通繁忙，施工難度較大，且施工期間會(huì)對(duì)交通造成較大影響。推移現(xiàn)象也是瀝青混合料抗剪性能不足的一個(gè)重要表現(xiàn)，它是指路面在車(chē)輛荷載作用下，表面層材料沿行車(chē)方向發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)和位移。推移病害會(huì)導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層之間的粘結(jié)力下降，使路面整體性遭到破壞，進(jìn)而加速路面的損壞進(jìn)程。推移還會(huì)使路面的抗滑性能降低，在車(chē)輛行駛過(guò)程中，容易引發(fā)輪胎與路面之間的滑動(dòng)，增加制動(dòng)距離，嚴(yán)重影響行車(chē)安全。在一些山區(qū)道路或坡度較大的路段，由于車(chē)輛行駛時(shí)的重力分力會(huì)對(duì)路面產(chǎn)生較大的水平推力，如果瀝青混合料的抗剪性能不足，就更容易出現(xiàn)推移現(xiàn)象。在某山區(qū)公路的一段長(zhǎng)下坡路段，由于車(chē)輛長(zhǎng)時(shí)間剎車(chē)，路面受到的水平推力較大，瀝青混合料逐漸發(fā)生推移。通車(chē)幾年后，路面出現(xiàn)了明顯的推移痕跡，部分路段的路面材料甚至出現(xiàn)了松散和脫落的情況。這不僅嚴(yán)重影響了道路的使用性能，還對(duì)行車(chē)安全構(gòu)成了極大威脅。為了修復(fù)該路段，需要對(duì)路面進(jìn)行徹底的翻修，工程量巨大，成本高昂。綜上所述，瀝青混合料的抗剪性能對(duì)于道路工程的重要性不言而喻。它不僅關(guān)系到道路的使用壽命和維護(hù)成本，更直接影響著行車(chē)安全。因此，在道路工程的設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，必須高度重視瀝青混合料的抗剪性能，采取有效的措施提高其抗剪能力，以確保道路的安全、舒適和暢通。2.3常見(jiàn)的抗剪性能試驗(yàn)方法為了準(zhǔn)確評(píng)估瀝青混合料的抗剪性能，研究人員開(kāi)發(fā)了多種試驗(yàn)方法，每種方法都有其獨(dú)特的原理、操作流程和優(yōu)缺點(diǎn)。這些試驗(yàn)方法能夠模擬瀝青混合料在實(shí)際道路中的受力狀態(tài)，為深入研究其抗剪性能提供了重要手段。三軸試驗(yàn)是一種廣泛應(yīng)用的抗剪性能測(cè)試方法，其原理基于摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度理論。在試驗(yàn)過(guò)程中，將圓柱形的瀝青混合料試樣套在橡膠膜內(nèi)，放入壓力室中。首先對(duì)試樣施加恒定的圍壓，模擬路面在實(shí)際使用中受到的側(cè)向壓力；然后通過(guò)活塞桿逐漸增加軸向壓力，使試樣在三向應(yīng)力狀態(tài)下發(fā)生剪切變形，直至破壞。通過(guò)測(cè)量不同圍壓下試樣破壞時(shí)的軸向壓力和相應(yīng)的應(yīng)變，繪制出摩爾-應(yīng)力圓，進(jìn)而得到瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度參數(shù)，包括粘聚力和內(nèi)摩擦角。三軸試驗(yàn)的操作流程較為復(fù)雜，需要專(zhuān)業(yè)的設(shè)備和技術(shù)人員。首先要制備符合要求的圓柱形試樣，通常采用靜壓法或旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法成型。將試樣安裝在三軸儀上，確保橡膠膜密封良好，防止壓力室中的水進(jìn)入試樣。按照預(yù)定的試驗(yàn)方案，逐步施加圍壓和軸向壓力，同時(shí)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括壓力、位移、應(yīng)變等。在試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)破壞的試樣進(jìn)行觀察和分析，了解其破壞形態(tài)和特征。三軸試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是能夠較為真實(shí)地模擬瀝青混合料在實(shí)際道路中的復(fù)雜受力狀態(tài)，考慮了圍壓對(duì)抗剪性能的影響，得到的抗剪強(qiáng)度參數(shù)較為準(zhǔn)確可靠。然而，該試驗(yàn)方法也存在一些缺點(diǎn)，如試驗(yàn)設(shè)備昂貴，操作過(guò)程繁瑣，試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，對(duì)試驗(yàn)條件的控制要求較高。此外，三軸試驗(yàn)需要制備多個(gè)不同圍壓下的試樣，成本較高，且試驗(yàn)結(jié)果受到試樣制備、設(shè)備精度等因素的影響較大。同軸剪切試驗(yàn)是另一種用于評(píng)價(jià)瀝青混合料抗剪性能的方法，其原理是通過(guò)對(duì)瀝青混合料試件施加同軸的剪切力，使其發(fā)生剪切變形，從而測(cè)定其抗剪強(qiáng)度。在試驗(yàn)中，通常采用特制的同軸剪切試驗(yàn)裝置，該裝置由上下兩個(gè)同軸的剪切頭組成，試件放置在上下剪切頭之間。通過(guò)加載系統(tǒng)使上剪切頭相對(duì)于下剪切頭作水平移動(dòng)，對(duì)試件施加剪切力。在剪切過(guò)程中，測(cè)量剪切力和相應(yīng)的剪切位移，得到瀝青混合料的剪切應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)，進(jìn)而計(jì)算出抗剪強(qiáng)度。同軸剪切試驗(yàn)的操作流程相對(duì)簡(jiǎn)單，首先需要制備合適尺寸的圓柱形或棱柱形試件，可采用常規(guī)的成型方法。將試件安裝在同軸剪切試驗(yàn)裝置上，確保試件與剪切頭緊密接觸，無(wú)松動(dòng)現(xiàn)象。啟動(dòng)加載系統(tǒng)，按照設(shè)定的加載速率施加剪切力，同時(shí)記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理。該試驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，操作方便，試驗(yàn)周期較短，能夠快速得到瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度。此外，同軸剪切試驗(yàn)?zāi)軌蜉^好地模擬瀝青混合料在路面結(jié)構(gòu)中受到的純剪切力作用，對(duì)于研究瀝青混合料的剪切破壞機(jī)理具有重要意義。但是，同軸剪切試驗(yàn)也存在一定的局限性，它主要適用于研究瀝青混合料的純剪切性能，對(duì)于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的抗剪性能模擬不夠全面，試驗(yàn)結(jié)果可能與實(shí)際道路情況存在一定差異。單軸貫入試驗(yàn)是一種模擬路面實(shí)際受力狀況的抗剪性能試驗(yàn)方法，其原理是將路面模型簡(jiǎn)化為一定尺寸的圓柱體試件，采用直徑小于試件直徑的鋼壓頭對(duì)試件進(jìn)行加壓。在試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備，以恒定的加載速率將鋼壓頭垂直壓入試件，測(cè)定貫入壓頭的應(yīng)力應(yīng)變。利用有限元方法建立試件受力模型，求解出壓頭壓強(qiáng)為1兆帕?xí)r模型中最大剪應(yīng)力處的主應(yīng)力值，作為基本的抗剪參數(shù)。通過(guò)這些抗剪參數(shù)乘以貫入強(qiáng)度值，即可求出試件中各個(gè)主應(yīng)力值和剪應(yīng)力值。為了求解出瀝青混合料的黏結(jié)力和內(nèi)摩阻角，還需要再進(jìn)行一組無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，利用兩組數(shù)據(jù)得到摩爾-應(yīng)力圓，通過(guò)摩爾-應(yīng)力圓公切線(xiàn)求出黏結(jié)力和內(nèi)摩阻角。單軸貫入試驗(yàn)的操作流程相對(duì)簡(jiǎn)便，首先要準(zhǔn)備好符合要求的圓柱形試件，試件的直徑和高度應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)確定。將試件放置在試驗(yàn)臺(tái)上，調(diào)整好鋼壓頭的位置，使其對(duì)準(zhǔn)試件中心。設(shè)定加載速率和試驗(yàn)溫度等參數(shù)，一般試驗(yàn)溫度采用最不利條件下的溫度，如60℃，加載速率為1mm/min。啟動(dòng)加載設(shè)備，開(kāi)始試驗(yàn)，同時(shí)記錄貫入力和貫入位移等數(shù)據(jù)。單軸貫入試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作容易，成本較低，適合工程應(yīng)用。該試驗(yàn)方法能夠較好地反映瀝青混合料在高溫下的抗剪強(qiáng)度，對(duì)于評(píng)價(jià)瀝青路面的抗車(chē)轍能力具有重要參考價(jià)值。然而，單軸貫入試驗(yàn)也存在一些不足之處，它對(duì)試件的尺寸和形狀要求較高，試件的制備質(zhì)量會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大影響。而且該試驗(yàn)主要模擬了路面在垂直荷載作用下的受力情況，對(duì)于實(shí)際道路中復(fù)雜的水平力和其他因素的考慮相對(duì)較少，試驗(yàn)結(jié)果的全面性和準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步提高。除了上述三種常見(jiàn)的試驗(yàn)方法外，還有直接剪切試驗(yàn)、無(wú)側(cè)限抗壓試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)等多種用于測(cè)試瀝青混合料抗剪性能的方法。每種方法都有其特點(diǎn)和適用范圍，在實(shí)際研究中，需要根據(jù)具體的研究目的、試驗(yàn)條件和瀝青混合料的特性，選擇合適的試驗(yàn)方法，以獲得準(zhǔn)確可靠的抗剪性能數(shù)據(jù)。三、瀝青性質(zhì)對(duì)抗剪性能的影響3.1瀝青基質(zhì)類(lèi)型3.1.1石油瀝青、天然瀝青和改性瀝青的特點(diǎn)石油瀝青是由原油經(jīng)過(guò)蒸餾、氧化、調(diào)和等工藝過(guò)程提煉而得，因其來(lái)源廣泛、成本相對(duì)較低，在道路建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛。石油瀝青具有良好的粘結(jié)性和可塑性，能夠?qū)⒓侠喂痰卣辰Y(jié)在一起，形成穩(wěn)定的瀝青混合料結(jié)構(gòu)。其性能受到原油種類(lèi)、加工工藝等因素的影響，不同產(chǎn)地和生產(chǎn)工藝的石油瀝青，其化學(xué)組成和物理性能存在一定差異。在一些大型高速公路項(xiàng)目中，常用的70號(hào)石油瀝青，其針入度適中，軟化點(diǎn)較高，能夠滿(mǎn)足一般道路在常溫及高溫條件下的使用要求。然而，石油瀝青在高溫下的穩(wěn)定性相對(duì)較差，容易發(fā)生軟化和流淌，導(dǎo)致路面出現(xiàn)車(chē)轍等病害；在低溫環(huán)境下，其柔韌性下降，容易出現(xiàn)脆裂現(xiàn)象，影響路面的使用壽命。天然瀝青是指在自然界中天然存在的瀝青，如湖瀝青、巖瀝青等。它是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的地質(zhì)作用形成的，具有獨(dú)特的化學(xué)組成和性能特點(diǎn)。天然瀝青通常含有較多的瀝青質(zhì)和礦物質(zhì)，其抗老化性能和高溫穩(wěn)定性?xún)?yōu)于石油瀝青。特立尼達(dá)湖瀝青，是一種優(yōu)質(zhì)的天然瀝青，它具有較高的軟化點(diǎn)和粘度，在高溫下能夠保持較好的穩(wěn)定性，不易發(fā)生變形。將其應(yīng)用于道路建設(shè)中，可以顯著提高瀝青路面的抗車(chē)轍能力和耐久性。天然瀝青的產(chǎn)量相對(duì)較少，產(chǎn)地分布有限，價(jià)格較高，這在一定程度上限制了其大規(guī)模應(yīng)用。其性能也存在一定的波動(dòng)性，不同產(chǎn)地和批次的天然瀝青，其質(zhì)量可能存在較大差異，需要在使用前進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)估。改性瀝青是在普通瀝青的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加改性劑，如聚合物（如SBS、SBR等）、橡膠粉、纖維等，經(jīng)過(guò)特定的工藝處理而制成的。改性劑的加入能夠改善瀝青的性能，使其具有更好的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性、抗疲勞性能和抗水損害性能等。SBS改性瀝青是目前應(yīng)用最為廣泛的一種改性瀝青，它通過(guò)在石油瀝青中加入苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS），使瀝青的性能得到了顯著提升。SBS改性瀝青具有較高的粘度和彈性恢復(fù)能力，在高溫下能夠有效抵抗車(chē)轍的產(chǎn)生，在低溫下能夠保持較好的柔韌性，減少路面裂縫的出現(xiàn)。橡膠改性瀝青則是將廢舊橡膠粉加入到瀝青中，經(jīng)過(guò)加工處理得到的一種改性瀝青。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)廢舊橡膠的資源化利用，降低環(huán)境污染，還能提高瀝青的抗疲勞性能和抗滑性能，適用于一些對(duì)路面性能要求較高的路段，如山區(qū)道路、橋梁鋪裝等。3.1.2不同基質(zhì)瀝青對(duì)混合料抗剪性能的差異在實(shí)際道路工程中，不同基質(zhì)瀝青對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響差異顯著。以某城市主干道的道路改造工程為例，該工程在不同路段分別采用了石油瀝青、SBS改性瀝青和天然瀝青（巖瀝青）制備的瀝青混合料。通車(chē)一段時(shí)間后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和芯樣試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用SBS改性瀝青的路段，其路面的抗車(chē)轍能力明顯優(yōu)于采用石油瀝青的路段。在高溫季節(jié)，石油瀝青路段的車(chē)轍深度達(dá)到了8-10毫米，而SBS改性瀝青路段的車(chē)轍深度僅為3-5毫米。通過(guò)室內(nèi)的三軸試驗(yàn)和直接剪切試驗(yàn)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，SBS改性瀝青混合料的粘聚力和內(nèi)摩擦角均高于石油瀝青混合料。這是因?yàn)镾BS改性劑的加入，使瀝青形成了一種空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了瀝青與集料之間的粘結(jié)力，同時(shí)也提高了集料之間的嵌擠作用，從而顯著提升了瀝青混合料的抗剪性能。在一些特殊地質(zhì)條件和氣候環(huán)境的地區(qū)，天然瀝青也展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在某山區(qū)道路建設(shè)中，由于該地區(qū)夏季高溫、冬季寒冷，且晝夜溫差大，對(duì)路面材料的性能要求極高。在該路段采用了巖瀝青改性的瀝青混合料，經(jīng)過(guò)多年的使用后，路面狀況良好，未出現(xiàn)明顯的車(chē)轍、裂縫等病害。與同地區(qū)采用石油瀝青的路段相比，巖瀝青改性路段的抗剪性能得到了顯著提高。通過(guò)微觀分析發(fā)現(xiàn)，巖瀝青中的礦物質(zhì)成分能夠與瀝青形成緊密的結(jié)合，增強(qiáng)了瀝青的穩(wěn)定性和粘結(jié)力。巖瀝青還能夠填充集料之間的空隙，使瀝青混合料的結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，進(jìn)一步提高了其抗剪性能。不同基質(zhì)瀝青對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響差異主要源于其化學(xué)組成和物理性能的不同。石油瀝青由于其自身性能的局限性，在高溫和低溫條件下，其抗剪性能相對(duì)較弱；改性瀝青通過(guò)添加改性劑，改善了瀝青的性能，使其在高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗剪性能等方面都有顯著提升；天然瀝青雖然產(chǎn)量有限、價(jià)格較高，但其獨(dú)特的化學(xué)組成和性能特點(diǎn)，使其在某些特殊環(huán)境下能夠發(fā)揮出優(yōu)異的抗剪性能。在道路工程中，應(yīng)根據(jù)具體的使用環(huán)境和性能要求，合理選擇瀝青基質(zhì)類(lèi)型，以提高瀝青混合料的抗剪性能，確保道路的質(zhì)量和使用壽命。3.2瀝青粘度3.2.1粘度與溫度的關(guān)系瀝青粘度是反映瀝青材料內(nèi)部阻礙其流動(dòng)的一種特性指標(biāo)，它對(duì)瀝青混合料的性能有著至關(guān)重要的影響。瀝青的粘度并非固定不變，而是與溫度密切相關(guān)，呈現(xiàn)出顯著的溫度敏感性。在不同的溫度條件下，瀝青分子的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致粘度發(fā)生改變。為了深入研究瀝青粘度與溫度的關(guān)系，通過(guò)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)對(duì)某70號(hào)基質(zhì)瀝青進(jìn)行了測(cè)試。試驗(yàn)過(guò)程中，設(shè)定了多個(gè)不同的溫度點(diǎn)，分別為110℃、120℃、130℃、140℃、150℃和160℃，在每個(gè)溫度點(diǎn)下，將瀝青樣品充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，放入旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)中進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)溫度點(diǎn)重復(fù)測(cè)量3次，取平均值作為該溫度下的瀝青粘度值。測(cè)試結(jié)果如下表所示：溫度（℃）110120130140150160粘度（Pa?s）1.561.020.680.450.300.20根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，繪制出瀝青粘度-溫度曲線(xiàn)，如圖1所示：[此處插入瀝青粘度-溫度曲線(xiàn)圖片]從曲線(xiàn)中可以清晰地看出，隨著溫度的升高，瀝青的粘度逐漸降低，二者呈現(xiàn)出明顯的反比例關(guān)系。在低溫區(qū)域，如110℃-130℃范圍內(nèi)，瀝青粘度隨溫度的變化相對(duì)較為平緩；當(dāng)溫度升高到130℃以上時(shí)，粘度下降的速率明顯加快。這是因?yàn)樵诘蜏貢r(shí)，瀝青分子之間的相互作用力較強(qiáng)，分子運(yùn)動(dòng)受到較大限制，粘度較大；隨著溫度的升高，瀝青分子獲得更多的能量，熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的距離增大，相互作用力減弱，從而導(dǎo)致粘度迅速降低。這種粘度與溫度的關(guān)系可以用Andrade公式來(lái)描述：\eta=A\cdote^{\frac{B}{T}}其中，\eta為瀝青粘度，A和B為與瀝青性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)，T為絕對(duì)溫度（K）。該公式從理論上揭示了瀝青粘度隨溫度變化的指數(shù)規(guī)律，與上述試驗(yàn)結(jié)果相吻合。通過(guò)該公式，在已知瀝青在某一溫度下的粘度時(shí)，可以估算其他溫度下的粘度值，為瀝青混合料的設(shè)計(jì)和施工提供理論依據(jù)。例如，在道路工程中，需要根據(jù)施工環(huán)境溫度和瀝青的粘溫特性，合理選擇瀝青的種類(lèi)和加熱溫度，以確保瀝青混合料在施工過(guò)程中具有良好的工作性能。3.2.2適宜的混合溫度和瀝青粘度范圍瀝青混合料的混合溫度和瀝青粘度范圍對(duì)其抗剪性能有著重要影響，確定適宜的混合溫度和粘度范圍是保證瀝青混合料質(zhì)量的關(guān)鍵。通過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn)和工程實(shí)踐，結(jié)合瀝青的粘溫曲線(xiàn)，對(duì)不同工況下的最佳混合溫度和粘度范圍進(jìn)行了研究。對(duì)于普通瀝青混合料，在一般的道路施工條件下，當(dāng)瀝青粘度在0.17±0.02Pa?s時(shí)，瀝青與集料能夠充分拌和，形成均勻的混合料。此時(shí)對(duì)應(yīng)的混合溫度范圍通常在140℃-160℃之間。在這個(gè)溫度和粘度范圍內(nèi)，瀝青具有較好的流動(dòng)性，能夠均勻地包裹在集料表面，使集料之間的粘結(jié)力增強(qiáng)，從而提高瀝青混合料的抗剪性能。在某高速公路的瀝青路面施工中，采用70號(hào)普通瀝青，通過(guò)控制瀝青加熱溫度在150℃-155℃之間，使瀝青粘度達(dá)到0.175Pa?s左右，混合料在拌和過(guò)程中均勻性良好。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣檢測(cè)，瀝青混合料的壓實(shí)度和抗剪強(qiáng)度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，路面在通車(chē)后的使用性能良好，未出現(xiàn)明顯的車(chē)轍和擁包等病害。對(duì)于改性瀝青混合料，由于改性劑的加入改變了瀝青的性能，其適宜的混合溫度和粘度范圍與普通瀝青混合料有所不同。以SBS改性瀝青為例，研究表明，當(dāng)瀝青粘度在0.2-0.3Pa?s時(shí)，混合效果最佳，對(duì)應(yīng)的混合溫度一般在160℃-180℃之間。在這個(gè)范圍內(nèi)，SBS改性劑能夠充分分散在瀝青中，形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)瀝青的高溫穩(wěn)定性和粘結(jié)力。在某城市快速路的建設(shè)中，使用了SBS改性瀝青，將混合溫度控制在170℃-175℃，瀝青粘度保持在0.25Pa?s左右。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該改性瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度明顯高于普通瀝青混合料，在高溫穩(wěn)定性和抗車(chē)轍能力方面表現(xiàn)出色。通車(chē)多年后，路面狀況依然良好，有效地延長(zhǎng)了道路的使用壽命。在不同的工況下，如施工季節(jié)、地區(qū)氣候條件、交通荷載等因素的變化，瀝青混合料的最佳混合溫度和粘度范圍也需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在夏季高溫地區(qū)，為了避免瀝青在施工過(guò)程中過(guò)度老化和降低粘度，混合溫度可以適當(dāng)降低；而在冬季寒冷地區(qū)，為了保證瀝青的流動(dòng)性和混合料的拌和均勻性，混合溫度則需要適當(dāng)提高。對(duì)于交通荷載較大的路段，如重載交通道路、港口碼頭道路等，需要選擇粘度較高的瀝青，并適當(dāng)提高混合溫度，以增強(qiáng)瀝青混合料的抗剪性能，滿(mǎn)足道路對(duì)耐久性和承載能力的要求。確定適宜的混合溫度和瀝青粘度范圍對(duì)于提高瀝青混合料的抗剪性能具有重要作用。在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)瀝青的種類(lèi)、改性情況以及具體的施工工況，通過(guò)試驗(yàn)和分析，合理確定混合溫度和粘度范圍，并嚴(yán)格控制施工過(guò)程中的溫度和粘度，以確保瀝青混合料的質(zhì)量和性能，為道路的長(zhǎng)期穩(wěn)定使用提供保障。3.3瀝青飽和度3.3.1瀝青飽和度的定義與含義瀝青飽和度，是指壓實(shí)瀝青混合料試件中瀝青實(shí)體體積占礦料骨架實(shí)體以外的空間體積的百分率，又稱(chēng)瀝青填隙率。從化學(xué)角度來(lái)看，它與瀝青中芳香烴含量密切相關(guān)，芳香烴含量越高，瀝青的飽和度越低。瀝青中的芳香烴具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，其不飽和鍵的存在使得瀝青分子間的相互作用力相對(duì)較弱。當(dāng)芳香烴含量較高時(shí)，瀝青分子間的排列較為松散，分子間的距離相對(duì)較大，導(dǎo)致瀝青的飽和度降低。在一些劣質(zhì)瀝青中，由于芳香烴含量超標(biāo)，使得瀝青的飽和度較低，表現(xiàn)出粘結(jié)性差、穩(wěn)定性不足等問(wèn)題。3.3.2低瀝青飽和度對(duì)混合料抗剪性能的負(fù)面影響低瀝青飽和度會(huì)對(duì)瀝青混合料的抗剪性能產(chǎn)生顯著的負(fù)面影響。這主要是因?yàn)榈蜑r青飽和度意味著瀝青分子間的親和力較小，較易解離，導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度降低。在瀝青混合料中，瀝青作為粘結(jié)劑，將集料顆粒粘結(jié)在一起，形成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。當(dāng)瀝青飽和度較低時(shí)，瀝青無(wú)法充分包裹集料顆粒，集料之間的粘結(jié)力減弱，在受到外力作用時(shí)，集料顆粒容易發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)和位移，從而降低了瀝青混合料的抗剪性能。以某城市道路的瀝青路面為例，該路段在施工過(guò)程中，由于對(duì)瀝青飽和度的控制不當(dāng)，導(dǎo)致部分區(qū)域的瀝青飽和度偏低。通車(chē)后不久，這些區(qū)域就出現(xiàn)了嚴(yán)重的車(chē)轍和推移病害。通過(guò)對(duì)路面芯樣的檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，低瀝青飽和度區(qū)域的瀝青混合料，其粘結(jié)力明顯低于正常區(qū)域，內(nèi)摩擦角也有所減小。在車(chē)輛荷載的反復(fù)作用下，集料之間的粘結(jié)逐漸失效，混合料無(wú)法承受剪應(yīng)力，從而產(chǎn)生了病害。進(jìn)一步的研究表明，當(dāng)瀝青飽和度低于一定閾值時(shí)，瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度會(huì)急劇下降。例如，在實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)中，將瀝青飽和度從70%降低到60%，瀝青混合料的粘聚力下降了約20%，內(nèi)摩擦角下降了約10%，抗剪強(qiáng)度整體下降了約30%。這充分說(shuō)明了低瀝青飽和度對(duì)瀝青混合料抗剪性能的嚴(yán)重?fù)p害。低瀝青飽和度不僅會(huì)影響瀝青混合料的短期抗剪性能，還會(huì)對(duì)其長(zhǎng)期性能產(chǎn)生不利影響。隨著時(shí)間的推移，低飽和度的瀝青更容易發(fā)生老化和氧化，進(jìn)一步降低其粘結(jié)性能，使瀝青混合料的抗剪性能持續(xù)惡化。因此，在瀝青混合料的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，嚴(yán)格控制瀝青飽和度，確保其在合理范圍內(nèi)，對(duì)于提高瀝青混合料的抗剪性能和道路的使用壽命具有重要意義。四、集料特性對(duì)抗剪性能的影響4.1集料類(lèi)型4.1.1不同集料類(lèi)型的化學(xué)成分與物理性質(zhì)在道路工程中，集料作為瀝青混合料的主要組成部分，其類(lèi)型豐富多樣，不同類(lèi)型的集料在化學(xué)成分和物理性質(zhì)上存在顯著差異。根據(jù)二氧化硅（SiO?）的含量，骨料可分為堿性（約小于52%）、中性骨料（約52%-65%）和酸性骨料（大于65%）這三種類(lèi)型。堿性集料以石灰石和玄武巖為典型代表。石灰石的主要化學(xué)成分是碳酸鈣（CaCO?），其質(zhì)地相對(duì)較軟，莫氏硬度通常在3左右。石灰石的密度一般在2.6-2.8g/cm3之間，具有較低的吸水性，能有效減少水分對(duì)瀝青混合料性能的負(fù)面影響。玄武巖則是一種基性噴出巖，主要由斜長(zhǎng)石、輝石和橄欖石等礦物組成，密度在2.8-3.3g/cm3，硬度較高，莫氏硬度可達(dá)5-7，具有良好的耐磨性和抗壓性。中性集料的化學(xué)成分較為復(fù)雜，通常包含多種礦物成分，其SiO?含量處于堿性和酸性集料之間。中性集料的物理性質(zhì)也介于兩者之間，密度一般在2.6-3.0g/cm3，硬度適中，表面性質(zhì)對(duì)瀝青的粘附性影響相對(duì)較小，但仍在一定程度上影響著瀝青混合料的性能。酸性集料的典型代表是花崗巖，其主要礦物成分有石英、長(zhǎng)石和云母等，SiO?含量較高，通常大于65%?；◢弾r的密度在2.6-2.7g/cm3，質(zhì)地堅(jiān)硬，莫氏硬度可達(dá)6-7，耐磨性好，但由于其表面酸性較強(qiáng)，與瀝青的粘附性較差。4.1.2集料類(lèi)型與瀝青粘附性的關(guān)系集料與瀝青的粘附性是影響瀝青混合料抗剪性能的關(guān)鍵因素之一，不同類(lèi)型的集料與瀝青的粘附性能存在明顯差異。為了深入研究這一關(guān)系，進(jìn)行了粘附性試驗(yàn)。試驗(yàn)選用了石灰石、玄武巖和花崗巖三種不同類(lèi)型的集料，分別與70號(hào)基質(zhì)瀝青進(jìn)行粘附性測(cè)試，采用水煮法進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，石灰石和玄武巖與瀝青的粘附性較好，水煮后瀝青膜的剝落面積較小，粘附等級(jí)可達(dá)4-5級(jí)；而花崗巖與瀝青的粘附性較差，水煮后瀝青膜出現(xiàn)了明顯的剝落現(xiàn)象，粘附等級(jí)僅為2-3級(jí)。從化學(xué)角度分析，堿性集料（如石灰石、玄武巖）與瀝青之間的粘附性較好，主要是因?yàn)閴A性集料表面的堿性物質(zhì)能夠與瀝青中的酸性成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，從而增強(qiáng)了兩者之間的粘附力。堿性集料表面的粗糙度和孔隙結(jié)構(gòu)也有利于瀝青的物理吸附，進(jìn)一步提高了粘附性能。酸性集料（如花崗巖）與瀝青的粘附性較差，這是由于酸性集料表面的酸性物質(zhì)與瀝青的親和力較弱，不易形成牢固的化學(xué)鍵。酸性集料表面相對(duì)光滑，不利于瀝青的物理吸附，使得瀝青與集料之間的粘附力較弱。在水的作用下，酸性集料與瀝青之間的界面更容易被破壞，導(dǎo)致瀝青膜剝落，從而降低了瀝青混合料的抗剪性能。為了改善酸性集料與瀝青的粘附性，目前常用的方法包括添加抗剝落劑、高粘度改性劑或堿性集料粉末等。在瀝青中添加抗剝落劑，可以提高瀝青與酸性集料之間的化學(xué)結(jié)合力，從而增強(qiáng)粘附性。但抗剝落劑的熱穩(wěn)定性較差，在短期內(nèi)可能會(huì)失去效力，且過(guò)量使用會(huì)導(dǎo)致瀝青和集料之間的連接變?nèi)?。添加堿性集料粉末，如熟石灰，雖然能在一定程度上提高粘附性，但如果熟石灰中的生石灰未完全消化，會(huì)在瀝青混合料中膨脹，嚴(yán)重影響其質(zhì)量。不同集料類(lèi)型的化學(xué)成分和物理性質(zhì)決定了其與瀝青的粘附性能，進(jìn)而對(duì)瀝青混合料的抗剪性能產(chǎn)生重要影響。在道路工程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇集料類(lèi)型，并采取有效的措施改善集料與瀝青的粘附性，以提高瀝青混合料的抗剪性能和道路的使用壽命。4.2集料形狀和大小4.2.1角形顆粒與球形顆粒對(duì)瀝青粘結(jié)力的差異在瀝青混合料中，集料的形狀對(duì)其與瀝青的粘結(jié)力有著顯著影響，其中角形顆粒與球形顆粒表現(xiàn)出明顯的差異。角形顆粒通常具有棱角分明、表面粗糙的特點(diǎn)，而球形顆粒則相對(duì)光滑、圓潤(rùn)。這種形狀上的差異導(dǎo)致它們?cè)谂c瀝青結(jié)合時(shí)，粘結(jié)力的形成機(jī)制和大小各不相同。從受力特點(diǎn)來(lái)看，角形顆粒在瀝青混合料中相互嵌擠，形成了較為穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)。當(dāng)受到外力作用時(shí)，角形顆粒之間的接觸點(diǎn)多，且相互之間的咬合力強(qiáng)，能夠有效地抵抗顆粒間的相對(duì)滑動(dòng)。在車(chē)輛荷載的反復(fù)作用下，角形顆粒組成的骨架結(jié)構(gòu)能夠更好地分散應(yīng)力，使瀝青混合料整體保持穩(wěn)定。這種嵌擠作用不僅增強(qiáng)了集料之間的摩擦力，還為瀝青與集料的粘結(jié)提供了更多的錨固點(diǎn)。瀝青能夠填充到角形顆粒的棱角和粗糙表面的縫隙中，形成機(jī)械錨固作用，從而大大增強(qiáng)了瀝青與集料之間的粘結(jié)力。球形顆粒由于其表面光滑，在瀝青混合料中相互之間的嵌擠作用較弱，容易發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。當(dāng)受到外力時(shí)，球形顆粒之間的接觸點(diǎn)較少，咬合力不足，無(wú)法像角形顆粒那樣有效地抵抗變形。在車(chē)輛荷載作用下，球形顆粒容易發(fā)生滾動(dòng)和位移，導(dǎo)致瀝青混合料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降。由于球形顆粒表面缺乏足夠的粗糙度和棱角，瀝青在其表面的錨固效果較差，粘結(jié)力相對(duì)較弱。瀝青與球形顆粒之間主要依靠分子間的粘附力結(jié)合，這種粘結(jié)力相對(duì)較弱，在受到外力時(shí)容易被破壞，從而降低了瀝青混合料的抗剪性能。為了更直觀地說(shuō)明角形顆粒與球形顆粒對(duì)瀝青粘結(jié)力的差異，進(jìn)行了相關(guān)的室內(nèi)試驗(yàn)。試驗(yàn)選用了兩種不同形狀的集料，一種是經(jīng)過(guò)破碎加工的角形碎石，另一種是天然的球形河卵石，分別與相同的瀝青進(jìn)行混合，并制備成瀝青混合料試件。通過(guò)直接剪切試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)，測(cè)試了兩種試件的抗剪強(qiáng)度和瀝青與集料之間的粘結(jié)力。試驗(yàn)結(jié)果表明，角形顆粒的瀝青混合料試件的抗剪強(qiáng)度明顯高于球形顆粒的試件，其粘結(jié)力也更強(qiáng)。在直接剪切試驗(yàn)中，角形顆粒試件的抗剪強(qiáng)度達(dá)到了1.2MPa，而球形顆粒試件的抗剪強(qiáng)度僅為0.8MPa；在拉拔試驗(yàn)中，角形顆粒與瀝青之間的粘結(jié)力為50N，球形顆粒與瀝青之間的粘結(jié)力僅為30N。4.2.2骨料粒徑分布對(duì)混合料密實(shí)度和抗剪性能的影響骨料粒徑分布是影響瀝青混合料密實(shí)度和抗剪性能的重要因素之一。不同的粒徑分布會(huì)導(dǎo)致骨料之間的空隙率和相互嵌擠狀態(tài)發(fā)生變化，從而對(duì)混合料的性能產(chǎn)生顯著影響。為了深入研究這一關(guān)系，進(jìn)行了一系列的級(jí)配試驗(yàn)。試驗(yàn)采用了不同粒徑范圍的骨料，包括粗骨料（粒徑大于4.75mm）、中骨料（粒徑在2.36-4.75mm之間）和細(xì)骨料（粒徑小于2.36mm），通過(guò)調(diào)整它們的比例，設(shè)計(jì)了多種不同級(jí)配的瀝青混合料。在試驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試件的制備和測(cè)試。首先，將骨料和瀝青按照設(shè)計(jì)比例進(jìn)行拌和，然后采用馬歇爾擊實(shí)法或旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法制備成標(biāo)準(zhǔn)試件。對(duì)于每種級(jí)配的混合料，制備多個(gè)試件，以保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。通過(guò)對(duì)不同級(jí)配試件的密度測(cè)試，分析了骨料粒徑分布對(duì)混合料密實(shí)度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)骨料粒徑分布較為均勻，粗細(xì)骨料搭配合理時(shí)，混合料能夠達(dá)到較高的密實(shí)度。在連續(xù)級(jí)配的瀝青混合料中，粗骨料之間的空隙被中、細(xì)骨料有效地填充，使得混合料的空隙率降低，密實(shí)度提高。當(dāng)粗骨料含量過(guò)高，而細(xì)骨料不足時(shí)，粗骨料之間的空隙無(wú)法得到充分填充，導(dǎo)致混合料的空隙率增大，密實(shí)度降低。同樣，當(dāng)細(xì)骨料含量過(guò)多，粗骨料含量過(guò)少時(shí)，混合料容易出現(xiàn)離析現(xiàn)象，也會(huì)影響其密實(shí)度。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，混合料的密實(shí)度與抗剪性能之間存在密切的關(guān)聯(lián)。密實(shí)度較高的瀝青混合料，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，骨料之間的嵌擠作用更強(qiáng)，能夠有效地抵抗外力的作用，從而提高了抗剪性能。在三軸試驗(yàn)中，密實(shí)度高的試件在受到剪切力時(shí)，能夠更好地傳遞應(yīng)力，保持結(jié)構(gòu)的完整性，其抗剪強(qiáng)度明顯高于密實(shí)度低的試件。當(dāng)混合料的密實(shí)度從95%提高到98%時(shí)，抗剪強(qiáng)度提高了約20%。這是因?yàn)槊軐?shí)度的提高使得骨料之間的接觸面積增大，摩擦力和咬合力增強(qiáng)，同時(shí)瀝青與骨料之間的粘結(jié)力也得到了更好的發(fā)揮。骨料粒徑分布通過(guò)影響混合料的密實(shí)度，進(jìn)而對(duì)其抗剪性能產(chǎn)生重要影響。在瀝青混合料的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，應(yīng)合理選擇骨料的粒徑分布，優(yōu)化級(jí)配設(shè)計(jì)，以提高混合料的密實(shí)度和抗剪性能，確保道路的質(zhì)量和使用壽命。4.3集料表面性質(zhì)4.3.1濕度、潔凈度、吸水性等因素的影響集料表面的濕度、潔凈度和吸水性等因素對(duì)瀝青混合料的抗剪性能有著顯著影響。當(dāng)集料表面潮濕時(shí)，水分會(huì)在集料與瀝青之間形成一層水膜，這層水膜削弱了瀝青與集料之間的粘附力。在實(shí)際道路使用過(guò)程中，路面會(huì)受到雨水的沖刷和浸泡，若集料表面潮濕，瀝青與集料之間的粘結(jié)界面就容易被水侵入，導(dǎo)致粘結(jié)力下降。在雨天，車(chē)輛行駛在潮濕的路面上，輪胎與路面之間的摩擦力會(huì)使路面受到較大的剪切力。此時(shí)，若瀝青與集料之間的粘附力因水膜的存在而降低，就容易導(dǎo)致瀝青膜從集料表面剝落，使瀝青混合料的結(jié)構(gòu)遭到破壞，抗剪性能隨之下降。長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境中的瀝青路面，集料表面的水分會(huì)持續(xù)侵蝕粘結(jié)界面，加速瀝青混合料的性能劣化，進(jìn)而縮短路面的使用壽命。集料表面含有較多雜質(zhì)，如泥土、粉塵等，也會(huì)對(duì)瀝青混合料的抗剪性能產(chǎn)生負(fù)面影響。這些雜質(zhì)會(huì)占據(jù)集料表面的有效粘結(jié)面積，阻礙瀝青與集料的直接接觸，從而降低兩者之間的粘附力。泥土等雜質(zhì)的存在還可能改變集料表面的化學(xué)性質(zhì)，使其與瀝青的親和力降低。在一些施工現(xiàn)場(chǎng)，若集料堆放場(chǎng)地不規(guī)范，集料容易混入泥土等雜質(zhì)。當(dāng)這些含有雜質(zhì)的集料用于瀝青混合料的制備時(shí)，瀝青無(wú)法與集料充分粘結(jié)，在受到外力作用時(shí)，混合料內(nèi)部的應(yīng)力分布不均勻，容易出現(xiàn)局部破壞，導(dǎo)致抗剪性能下降。在某道路施工項(xiàng)目中，由于集料在運(yùn)輸和堆放過(guò)程中受到污染，表面附著了大量泥土，使用該集料制備的瀝青混合料在通車(chē)后不久就出現(xiàn)了松散和坑洼等病害，嚴(yán)重影響了道路的使用性能。集料的吸水性也是影響瀝青混合料抗剪性能的重要因素之一。吸水性強(qiáng)的集料在與瀝青混合時(shí)，會(huì)吸收部分瀝青中的輕質(zhì)組分，導(dǎo)致瀝青變稠，粘結(jié)性能下降。在高溫環(huán)境下，集料吸收的水分會(huì)膨脹，使瀝青膜與集料之間的粘結(jié)力進(jìn)一步減弱。在山區(qū)道路中，由于氣候多變，部分路段的集料吸水性較強(qiáng)。在夏季高溫多雨時(shí)，集料吸收的水分在高溫下膨脹，使瀝青膜與集料之間出現(xiàn)脫粘現(xiàn)象，導(dǎo)致路面出現(xiàn)裂縫和坑槽等病害。此外，吸水性強(qiáng)的集料還會(huì)增加瀝青混合料的空隙率，降低其密實(shí)度，從而影響抗剪性能。因?yàn)榭障堵实脑黾訒?huì)使混合料內(nèi)部的應(yīng)力集中現(xiàn)象加劇，在受到外力作用時(shí)，更容易發(fā)生破壞。4.3.2保證骨料表面干燥、潔凈的措施與意義為了提高瀝青混合料的抗剪性能，必須采取有效的措施保證骨料表面干燥、潔凈。清洗是去除骨料表面雜質(zhì)的常用方法之一。在集料生產(chǎn)過(guò)程中，可以采用水洗、風(fēng)選等方式對(duì)集料進(jìn)行清洗。水洗能夠有效去除集料表面的泥土、粉塵等細(xì)小顆粒雜質(zhì)，通過(guò)水流的沖刷作用，將雜質(zhì)從集料表面分離出來(lái)。風(fēng)選則是利用風(fēng)力將較輕的雜質(zhì)吹走，使集料更加純凈。在大型石料加工廠(chǎng)中，通常會(huì)配備專(zhuān)門(mén)的水洗設(shè)備和篩選設(shè)備，對(duì)開(kāi)采出來(lái)的石料進(jìn)行清洗和篩選，以保證集料的潔凈度。經(jīng)過(guò)清洗后的集料，其表面雜質(zhì)含量大幅降低，能夠?yàn)闉r青與集料的粘結(jié)提供更好的條件。烘干是保證骨料表面干燥的關(guān)鍵步驟。在瀝青混合料的拌和過(guò)程中，必須確保集料處于干燥狀態(tài)，否則水分會(huì)影響瀝青與集料的粘結(jié)效果。常用的烘干設(shè)備有烘干機(jī)、加熱爐等。在使用烘干機(jī)時(shí)，將清洗后的集料送入烘干機(jī)內(nèi)，通過(guò)熱空氣的循環(huán)流動(dòng)，使集料受熱均勻，水分迅速蒸發(fā)。烘干過(guò)程中需要嚴(yán)格控制溫度和時(shí)間，避免集料因過(guò)度受熱而發(fā)生性能變化。在某瀝青攪拌站，采用了先進(jìn)的烘干機(jī)設(shè)備，能夠?qū)⒓系暮靠刂圃?.5%以下，有效保證了瀝青混合料的拌和質(zhì)量。保證骨料表面干燥、潔凈具有重要意義。它能夠顯著提高瀝青與集料之間的粘附性。干燥、潔凈的集料表面能夠與瀝青充分接觸，增強(qiáng)兩者之間的物理吸附和化學(xué)吸附作用，從而提高粘結(jié)力。良好的粘附性可以使瀝青混合料在受到外力作用時(shí)，應(yīng)力能夠均勻地傳遞到各個(gè)集料顆粒上，避免出現(xiàn)局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而提高抗剪性能。在實(shí)際道路工程中，使用表面干燥、潔凈集料制備的瀝青混合料，其路面的抗車(chē)轍能力和抗推移能力明顯增強(qiáng)，能夠有效減少路面病害的發(fā)生，延長(zhǎng)道路的使用壽命。保證骨料表面干燥、潔凈還能夠提高瀝青混合料的耐久性。雜質(zhì)和水分的存在會(huì)加速瀝青的老化和集料的損壞，而干燥、潔凈的集料表面可以減少這些不利因素的影響，使瀝青混合料在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中保持較好的性能。在一些惡劣的環(huán)境條件下，如高溫、潮濕、紫外線(xiàn)輻射等，保證集料表面的干燥、潔凈對(duì)于提高瀝青混合料的耐久性尤為重要。在沿海地區(qū)的道路建設(shè)中，由于受到海風(fēng)和海水的侵蝕，路面容易受到水損害和鹽腐蝕。采用表面干燥、潔凈的集料，并結(jié)合優(yōu)質(zhì)的瀝青和合理的配合比設(shè)計(jì)，可以有效提高瀝青混合料的抗水損害和抗鹽腐蝕能力，確保道路的長(zhǎng)期穩(wěn)定使用。五、瀝青添加劑對(duì)抗剪性能的影響5.1常見(jiàn)添加劑類(lèi)型與作用在瀝青混合料中，添加劑的合理使用能夠顯著改善瀝青的性能，進(jìn)而提升瀝青混合料的抗剪性能。常見(jiàn)的添加劑類(lèi)型多樣，包括抗剝落劑、高粘度改性劑等，它們各自具有獨(dú)特的作用原理和效果?？箘兟鋭┦且环N能夠增強(qiáng)瀝青與集料粘附性的添加劑，其作用原理主要基于物理吸附和化學(xué)反應(yīng)。從物理吸附角度來(lái)看，抗剝落劑分子具有特殊的結(jié)構(gòu)，能夠在瀝青與集料表面形成一層吸附膜，增加兩者之間的分子間作用力，從而提高粘附性。某些抗剝落劑分子的一端能夠與瀝青分子相互作用，另一端則能與集料表面的活性位點(diǎn)結(jié)合，形成類(lèi)似于“橋梁”的結(jié)構(gòu)，將瀝青和集料緊密連接在一起?？箘兟鋭┻€能通過(guò)化學(xué)反應(yīng)增強(qiáng)瀝青與集料的粘結(jié)力。部分抗剝落劑含有能夠與集料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的官能團(tuán)，在一定條件下，這些官能團(tuán)與集料表面的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，使瀝青與集料之間的粘結(jié)更加牢固。例如，一些含有氨基的抗剝落劑能夠與酸性集料表面的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵，有效提高了瀝青與酸性集料的粘附性?？箘兟鋭┑氖褂每梢燥@著改善瀝青混合料的抗水損害性能，減少因水的侵蝕導(dǎo)致的瀝青與集料剝離現(xiàn)象，從而提高瀝青混合料的抗剪性能。在多雨地區(qū)的道路建設(shè)中，使用抗剝落劑能夠有效增強(qiáng)瀝青路面的耐久性，減少路面病害的發(fā)生。高粘度改性劑是另一種重要的瀝青添加劑，其主要作用是提高瀝青的粘度和高溫穩(wěn)定性。高粘度改性劑通常由高分子聚合物組成，如SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物）、SBR（丁苯橡膠）等。這些高分子聚合物在瀝青中能夠形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，限制瀝青分子的運(yùn)動(dòng)，從而提高瀝青的粘度。以SBS改性劑為例，它在瀝青中能夠發(fā)生溶脹和分散，形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使瀝青的內(nèi)聚力增強(qiáng)。當(dāng)受到外力作用時(shí)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有效地傳遞應(yīng)力，抵抗變形，提高瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度。高粘度改性劑還能顯著提高瀝青的高溫穩(wěn)定性。在高溫環(huán)境下，普通瀝青容易軟化，粘度降低，導(dǎo)致瀝青混合料的抗剪性能下降。而添加高粘度改性劑后，瀝青的軟化點(diǎn)升高，在高溫下能夠保持較好的粘度和力學(xué)性能，有效抵抗車(chē)轍等病害的產(chǎn)生。在高溫地區(qū)的高速公路建設(shè)中，使用高粘度改性劑能夠顯著提高瀝青路面的高溫穩(wěn)定性和抗剪性能，確保道路在重載交通和高溫條件下的長(zhǎng)期穩(wěn)定使用。除了抗剝落劑和高粘度改性劑外，還有其他一些添加劑也在瀝青混合料中發(fā)揮著重要作用?？管?chē)轍劑能夠提高瀝青混合料的高溫抗變形能力，它通過(guò)在混合料中形成骨架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)集料之間的嵌擠作用，從而提高抗剪性能；纖維添加劑（如木質(zhì)素纖維、聚酯纖維等）可以改善瀝青混合料的性能，纖維能夠均勻分散在瀝青中，增加瀝青的粘度和韌性，同時(shí)還能吸收多余的瀝青，防止瀝青流淌，提高瀝青混合料的穩(wěn)定性和抗剪性能。不同類(lèi)型的添加劑通過(guò)各自獨(dú)特的作用原理，改善了瀝青的性能，進(jìn)而提高了瀝青混合料的抗剪性能，在道路工程中具有廣泛的應(yīng)用前景。5.2不同添加劑對(duì)混合料抗剪性能的影響機(jī)制不同添加劑對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響機(jī)制各異，主要通過(guò)改變?yōu)r青的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性能，進(jìn)而影響混合料的整體性能?？箘兟鋭┩ㄟ^(guò)在瀝青與集料表面形成化學(xué)紐帶，提高了兩者之間的粘附性。以三聚氰胺型抗剝落劑為例，它在瀝青中能夠均勻分散，使瀝青中的聚合物顆粒得到更好的分布，從而提高路面層間的粘結(jié)效果。三聚氰胺型抗剝落劑還能與瀝青中的聚合物分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)瀝青與礦料之間的黏結(jié)力。它的表面活性作用可以改善礦料和瀝青的接觸角，減少瀝青的滑脫現(xiàn)象，進(jìn)一步提高路面層間的黏結(jié)力。這種增強(qiáng)的粘附性使得瀝青混合料在受到外力作用時(shí)，能夠更好地抵抗集料與瀝青的剝離，從而提高抗剪性能。在多雨地區(qū)的道路建設(shè)中，使用抗剝落劑可以有效減少因水損害導(dǎo)致的瀝青與集料分離，保持瀝青混合料結(jié)構(gòu)的完整性，提高路面的抗剪能力。高粘度改性劑則主要通過(guò)改變?yōu)r青的物理性能來(lái)提高抗剪性能。以SBS改性劑為例，它在瀝青中發(fā)生溶脹和分散，形成連續(xù)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)限制了瀝青分子的自由運(yùn)動(dòng)，使瀝青的粘度顯著提高。在受到外力時(shí)，SBS形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有效地傳遞應(yīng)力，抵抗變形。當(dāng)車(chē)輛荷載作用于瀝青路面時(shí)，SBS改性瀝青中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以將應(yīng)力均勻地分散到整個(gè)混合料中，避免應(yīng)力集中導(dǎo)致的路面破壞。SBS改性劑還能提高瀝青的彈性恢復(fù)能力，使瀝青在變形后能夠迅速恢復(fù)原狀，減少永久變形的產(chǎn)生。在高溫環(huán)境下，SBS改性瀝青的軟化點(diǎn)升高，能夠保持較好的粘度和力學(xué)性能，有效抵抗車(chē)轍等病害的產(chǎn)生，從而提高了瀝青混合料的抗剪性能?？管?chē)轍劑通過(guò)在混合料中形成骨架結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)集料之間的嵌擠作用，從而提高抗剪性能?？管?chē)轍劑通常由高分子聚合物組成，這些聚合物在瀝青混合料中能夠相互纏繞、交聯(lián)，形成一種類(lèi)似骨架的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠有效地約束集料的運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)集料之間的摩擦力和咬合力。在車(chē)輛荷載作用下，抗車(chē)轍劑形成的骨架結(jié)構(gòu)可以更好地抵抗剪切變形，使瀝青混合料保持穩(wěn)定?？管?chē)轍劑還能提高瀝青與集料之間的粘結(jié)力，進(jìn)一步增強(qiáng)瀝青混合料的抗剪性能。在重載交通道路上，使用抗車(chē)轍劑可以顯著提高瀝青路面的抗車(chē)轍能力和抗剪性能，延長(zhǎng)道路的使用壽命。纖維添加劑（如木質(zhì)素纖維、聚酯纖維等）對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響機(jī)制主要體現(xiàn)在多個(gè)方面。纖維能夠均勻分散在瀝青中，增加瀝青的粘度和韌性。木質(zhì)素纖維具有較大的比表面積，能夠吸附大量的瀝青，使瀝青的粘度增加，從而提高瀝青與集料之間的粘結(jié)力。纖維還能在瀝青混合料中形成一種三維的支撐網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)混合料的穩(wěn)定性。在受到外力作用時(shí)，纖維網(wǎng)絡(luò)可以有效地分散應(yīng)力，阻止裂縫的擴(kuò)展，提高瀝青混合料的抗剪性能。纖維還能吸收多余的瀝青，防止瀝青流淌，保證瀝青混合料在高溫下的穩(wěn)定性。在山區(qū)道路等對(duì)路面穩(wěn)定性要求較高的路段，添加纖維添加劑可以顯著改善瀝青混合料的性能，提高路面的抗剪能力和抗裂性能。5.3添加劑使用的注意事項(xiàng)與實(shí)際案例分析在實(shí)際工程中，添加劑的使用需要謹(jǐn)慎對(duì)待，若使用不當(dāng)，可能會(huì)對(duì)工程質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。添加劑用量控制不當(dāng)是一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題。以某高速公路建設(shè)項(xiàng)目為例，該項(xiàng)目在使用抗車(chē)轍劑時(shí)，由于施工人員對(duì)添加劑用量的控制不夠精確，導(dǎo)致部分路段的抗車(chē)轍劑用量過(guò)高。這使得瀝青混合料的硬度大幅增加，雖然在一定程度上提高了高溫抗變形能力，但同時(shí)也降低了混合料的柔韌性和抗疲勞性能。在通車(chē)后的幾年內(nèi)，這些路段出現(xiàn)了大量的反射裂縫，嚴(yán)重影響了路面的平整度和行車(chē)舒適性。經(jīng)分析，過(guò)量的抗車(chē)轍劑使得瀝青混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)過(guò)于剛性，在溫度變化和車(chē)輛荷載的反復(fù)作用下，無(wú)法有效緩沖應(yīng)力，從而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。添加劑與瀝青的兼容性差也是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。在某城市道路改造工程中，使用了一種新型的高粘度改性劑，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該改性劑與所使用的瀝青兼容性不佳。在瀝青混合料的拌和過(guò)程中，改性劑無(wú)法均勻地分散在瀝青中，出現(xiàn)了結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。這導(dǎo)致瀝青混合料的性能不均勻，部分區(qū)域的粘度過(guò)高，而部分區(qū)域的粘度則相對(duì)較低。在路面施工后，這些性能不均勻的區(qū)域在車(chē)輛荷載作用下，出現(xiàn)了局部推移和擁包等病害。經(jīng)檢測(cè)，這些病害區(qū)域的瀝青與改性劑之間的粘結(jié)力明顯不足，無(wú)法形成有效的整體結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致路面的抗剪性能下降。為了避免這些問(wèn)題的發(fā)生，在使用添加劑之前，必須進(jìn)行充分的試驗(yàn)和研究。應(yīng)根據(jù)瀝青的類(lèi)型、集料的特性以及工程的具體要求，選擇合適的添加劑種類(lèi)和用量。在使用抗剝落劑時(shí)，需要根據(jù)集料的酸堿性和表面性質(zhì)，確定抗剝落劑的類(lèi)型和添加量，以確保其能夠有效地提高瀝青與集料的粘附性。在某山區(qū)道路建設(shè)中，由于該地區(qū)的集料多為酸性，為了提高瀝青與集料的粘結(jié)力，選擇了一種專(zhuān)門(mén)針對(duì)酸性集料的抗剝落劑，并通過(guò)試驗(yàn)確定了最佳的添加量為瀝青質(zhì)量的0.3%。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)施工和長(zhǎng)期觀測(cè)，該路段的瀝青混合料抗水損害性能得到了顯著提高，路面未出現(xiàn)明顯的剝落和坑槽等病害，抗剪性能也得到了有效保障。在使用添加劑時(shí)，還需要嚴(yán)格控制施工工藝和質(zhì)量。應(yīng)確保添加劑在瀝青混合料中均勻分散，避免出現(xiàn)結(jié)團(tuán)或局部濃度過(guò)高的現(xiàn)象。在拌和過(guò)程中，需要合理調(diào)整拌和時(shí)間和溫度，使添加劑能夠充分與瀝青和集料發(fā)生作用。在某大型橋梁的橋面鋪裝工程中，使用了纖維添加劑來(lái)提高瀝青混合料的性能。在施工過(guò)程中，通過(guò)優(yōu)化拌和工藝，增加了拌和時(shí)間，并采用了先進(jìn)的攪拌設(shè)備，確保纖維添加劑能夠均勻地分散在瀝青混合料中。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和通車(chē)后的使用情況來(lái)看，該橋面鋪裝的抗剪性能和耐久性都得到了明顯提升，未出現(xiàn)因添加劑使用不當(dāng)而導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題。添加劑的使用對(duì)于提高瀝青混合料的抗剪性能具有重要作用，但在實(shí)際應(yīng)用中，必須注意用量控制和與瀝青的兼容性等問(wèn)題。通過(guò)合理選擇添加劑、嚴(yán)格控制施工工藝和質(zhì)量，并結(jié)合充分的試驗(yàn)和研究，可以有效避免因添加劑使用不當(dāng)而對(duì)工程質(zhì)量造成的不良影響，確保道路工程的質(zhì)量和使用壽命。六、瀝青混合料配比的影響6.1瀝青、骨料、添加劑的比例關(guān)系瀝青、骨料和添加劑作為瀝青混合料的關(guān)鍵組成部分，它們之間的比例關(guān)系對(duì)混合料的性能起著決定性作用。在實(shí)際應(yīng)用中，確定合理的比例范圍是確保瀝青混合料性能優(yōu)良的關(guān)鍵。對(duì)于瀝青與骨料的比例，不同類(lèi)型的瀝青混合料有著不同的適宜范圍。以常見(jiàn)的密級(jí)配瀝青混凝土（AC）為例，瀝青用量通常在4%-6%之間，在此范圍內(nèi)，瀝青能夠充分包裹骨料，形成良好的粘結(jié)體系，使瀝青混合料具有較好的整體性和耐久性。當(dāng)瀝青用量過(guò)低時(shí)，骨料之間的粘結(jié)力不足，瀝青混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性會(huì)受到影響，容易出現(xiàn)松散、剝落等病害。在某道路工程中，由于瀝青用量控制不當(dāng)，低于標(biāo)準(zhǔn)范圍，導(dǎo)致路面在通車(chē)后不久就出現(xiàn)了骨料脫落的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了路面的使用性能。相反，若瀝青用量過(guò)高，雖然粘結(jié)力增強(qiáng)，但會(huì)使瀝青混合料過(guò)于柔軟，在高溫下容易發(fā)生變形，產(chǎn)生車(chē)轍、擁包等病害。在一些高溫地區(qū)的道路施工中，如果瀝青用量過(guò)高，在夏季高溫時(shí)段，路面就會(huì)出現(xiàn)明顯的車(chē)轍，影響行車(chē)安全和舒適性。骨料之間的級(jí)配比例也至關(guān)重要。連續(xù)級(jí)配的骨料能夠使瀝青混合料形成密實(shí)的結(jié)構(gòu)，提高其抗?jié)B性和耐久性。在連續(xù)級(jí)配中，粗骨料和細(xì)骨料的比例需要合理搭配，一般來(lái)說(shuō)，粗骨料的比例在50%-70%之間，細(xì)骨料的比例在30%-50%之間，這樣可以使骨料之間相互嵌擠，形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)。間斷級(jí)配的骨料則能夠提高瀝青混合料的內(nèi)摩擦角，增強(qiáng)其抗剪性能。在間斷級(jí)配中，會(huì)刻意減少某些粒徑范圍的骨料，使粗骨料之間形成更強(qiáng)的嵌擠作用。在一些重載交通道路或山區(qū)道路的建設(shè)中，常采用間斷級(jí)配的瀝青混合料，以提高路面的抗車(chē)轍和抗推移能力。添加劑的加入進(jìn)一步優(yōu)化了瀝青混合料的性能，其用量也需要嚴(yán)格控制在合適的范圍內(nèi)?？管?chē)轍劑的用量一般在0.3%-0.5%之間，適量的抗車(chē)轍劑能夠在瀝青混合料中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)骨料之間的嵌擠作用，提高抗剪性能。若抗車(chē)轍劑用量不足，無(wú)法充分發(fā)揮其增強(qiáng)作用；用量過(guò)高則可能導(dǎo)致瀝青混合料的柔韌性下降，抗疲勞性能降低。在某高速公路的試驗(yàn)路段中，通過(guò)調(diào)整抗車(chē)轍劑的用量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)用量為0.4%時(shí)，瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和抗剪性能最佳，路面在重載交通下的車(chē)轍深度明顯減小。纖維添加劑的用量通常在0.1%-0.3%之間，它能夠增加瀝青混合料的韌性和穩(wěn)定性，提高其抗裂性能。在一些容易出現(xiàn)裂縫的路段，如水泥路面加鋪瀝青面層的工程中，添加適量的纖維添加劑可以有效減少反射裂縫的產(chǎn)生，延長(zhǎng)路面的使用壽命。瀝青、骨料和添加劑的比例關(guān)系對(duì)瀝青混合料的性能有著顯著影響。在實(shí)際工程中，需要根據(jù)道路的使用要求、交通條件、氣候環(huán)境等因素，通過(guò)試驗(yàn)和分析，確定合理的比例范圍，以確保瀝青混合料具有良好的性能，滿(mǎn)足道路工程的需求。6.2合理配比的確定方法與依據(jù)確定瀝青混合料的合理配比是保障其性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這一過(guò)程涉及多種科學(xué)方法和理論依據(jù)。馬歇爾試驗(yàn)是確定瀝青混合料配合比的經(jīng)典方法之一，在工程實(shí)踐中被廣泛應(yīng)用。該試驗(yàn)通過(guò)將瀝青混合料制成特定尺寸的圓柱形試件，一般直徑為101.6mm、高63.5mm，然后在規(guī)定的溫度和加載速率下，測(cè)定試件的穩(wěn)定度和流值。穩(wěn)定度是指瀝青混合料在規(guī)定條件下受壓至破壞時(shí)所能承受的最大荷載，它反映了混合料抵抗剪切破壞的能力；流值則是試件在達(dá)到最大荷載時(shí)的垂直變形，體現(xiàn)了混合料的變形特性。在進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)時(shí)，首先要準(zhǔn)確稱(chēng)取各種原材料，包括瀝青、集料和礦粉等，按照不同的比例進(jìn)行混合，制備出多組不同瀝青用量的試件。將這些試件放入烘箱中加熱至規(guī)定溫度，一般對(duì)于粘稠石油瀝青混合料為60±1℃，然后在馬歇爾穩(wěn)定度儀上進(jìn)行加載試驗(yàn)。在加載過(guò)程中，以50±5mm/min的速度對(duì)試件施加垂直壓力，同時(shí)記錄荷載和變形數(shù)據(jù)。當(dāng)荷載達(dá)到最大值時(shí)，讀取此時(shí)的荷載值作為穩(wěn)定度，對(duì)應(yīng)的變形值即為流值。通過(guò)對(duì)不同瀝青用量試件的穩(wěn)定度和流值進(jìn)行分析，可以繪制出瀝青用量與穩(wěn)定度、流值之間的關(guān)系曲線(xiàn)。一般來(lái)說(shuō)，隨著瀝青用量的增加，穩(wěn)定度先增大后減小，而流值則逐漸增大。在曲線(xiàn)中，穩(wěn)定度達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的瀝青用量即為最佳瀝青用量的參考值之一，但還需要綜合考慮其他因素來(lái)最終確定最佳瀝青用量。體積參數(shù)分析也是確定合理配比的重要依據(jù)。瀝青混合料的體積參數(shù)主要包括空隙率、礦料間隙率和瀝青飽和度等，這些參數(shù)對(duì)混合料的性能有著重要影響?？障堵适侵笧r青混合料中空隙體積與總體積之比，它直接影響混合料的密實(shí)度和透水性。合適的空隙率可以保證瀝青混合料具有良好的耐久性和抗水損害能力。如果空隙率過(guò)大，水分容易侵入，導(dǎo)致瀝青與集料剝離，降低混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；空隙率過(guò)小，則可能使混合料在高溫下因缺乏變形空間而產(chǎn)生車(chē)轍等病害。礦料間隙率是指礦料骨架之間的空隙體積與試件總體積之比，它反映了礦料之間的嵌擠狀態(tài)和瀝青填充的空間。礦料間隙率過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致瀝青用量不足，影響混合料的粘結(jié)性；礦料間隙率過(guò)大，則可能使礦料之間的嵌擠作用減弱，降低混合料的強(qiáng)度。瀝青飽和度是指壓實(shí)瀝青混合料試件中瀝青實(shí)體體積占礦料骨架實(shí)體以外的空間體積的百分率，它體現(xiàn)了瀝青對(duì)礦料骨架空隙的填充程度。瀝青飽和度合適時(shí)，瀝青能夠充分包裹集料，增強(qiáng)混合料的粘結(jié)力；瀝青飽和度過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)對(duì)混合料的性能產(chǎn)生不利影響。在實(shí)際工程中，需要根據(jù)道路的使用要求、交通條件和氣候環(huán)境等因素，確定合適的體積參數(shù)范圍。對(duì)于高速公路和一級(jí)公路，通常要求空隙率控制在3%-6%之間，礦料間隙率不小于16%，瀝青飽和度在70%-85%之間。通過(guò)對(duì)體積參數(shù)的分析和調(diào)整，可以?xún)?yōu)化瀝青混合料的配合比，提高其性能。在確定瀝青混合料的合理配比時(shí)，還需要考慮其他因素，如集料的級(jí)配、添加劑的種類(lèi)和用量等。集料的級(jí)配直接影響混合料的密實(shí)度和內(nèi)摩擦角，合理的級(jí)配可以使集料之間形成良好的骨架結(jié)構(gòu)，提高混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。添加劑的使用可以改善瀝青混合料的性能，如抗車(chē)轍劑可以提高混合料的高溫抗變形能力，纖維添加劑可以增強(qiáng)混合料的韌性和抗裂性能等。在某高速公路的瀝青路面施工中，通過(guò)對(duì)不同集料級(jí)配和添加劑用量的瀝青混合料進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)和體積參數(shù)分析，確定了最佳的配合比方案。采用了連續(xù)級(jí)配的集料，并添加了適量的抗車(chē)轍劑和聚酯纖維，使瀝青混合料的穩(wěn)定度、流值、空隙率、礦料間隙率和瀝青飽和度等指標(biāo)都滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。通車(chē)后，該路段的瀝青路面在高溫穩(wěn)定性、抗車(chē)轍能力和耐久性等方面都表現(xiàn)出色，未出現(xiàn)明顯的病害，證明了合理配比的重要性。確定瀝青混合料的合理配比需要綜合運(yùn)用馬歇爾試驗(yàn)、體積參數(shù)分析等方法，并充分考慮各種因素的影響。通過(guò)科學(xué)合理的配合比設(shè)計(jì)，可以使瀝青混合料具備良好的性能，滿(mǎn)足道路工程的需求，提高道路的質(zhì)量和使用壽命。6.3不同配比下混合料抗剪性能的對(duì)比分析為了深入研究不同配比下瀝青混合料抗剪性能的差異，進(jìn)行了一系列的對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)選用了三種不同的瀝青用量，分別為4.5%、5.0%和5.5%，同時(shí)保持骨料和添加劑的種類(lèi)及用量不變。每種配比制備了6個(gè)試件，采用直接剪切試驗(yàn)方法，在溫度為60℃、加載速率為50mm/min的條件下進(jìn)行抗剪性能測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著瀝青用量的增加，瀝青混合料的粘聚力呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)瀝青用量為5.0%時(shí)，粘聚力達(dá)到最大值，為1.2MPa；當(dāng)瀝青用量為4.5%時(shí)，粘聚力為1.0MPa；當(dāng)瀝青用量增加到5.5%時(shí)，粘聚力下降至1.1MPa。這是因?yàn)檫m量的瀝青能夠充分包裹骨料，形成良好的粘結(jié)體系，增強(qiáng)骨料之間的粘結(jié)力，從而提高粘聚力。當(dāng)瀝青用量過(guò)高時(shí)，瀝青會(huì)在骨料表面形成過(guò)厚的膜，導(dǎo)致骨料之間的嵌擠作用減弱，粘聚力反而下降。內(nèi)摩擦角則隨著瀝青用量的增加而逐漸減小。當(dāng)瀝青用量為4.5%時(shí)，內(nèi)摩擦角為40°；當(dāng)瀝青用量增加到5.5%時(shí)，內(nèi)摩擦角減小至35°。這是由于瀝青用量的增加，使得瀝青對(duì)骨料的潤(rùn)滑作用增強(qiáng)，骨料之間的摩擦力減小，從而導(dǎo)致內(nèi)摩擦角降低。從抗剪強(qiáng)度來(lái)看，當(dāng)瀝青用量為5.0%時(shí)，瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度最高，達(dá)到1.8MPa；瀝青用量為4.5%時(shí)，抗剪強(qiáng)度為1.6MPa；瀝青用量為5.5%時(shí)，抗剪強(qiáng)度為1.7MPa。這表明在該試驗(yàn)條件下，瀝青用量為5.0%時(shí)，瀝青混合料的抗剪性能最佳。通過(guò)對(duì)比不同配比下瀝青混合料的抗剪性能，可以總結(jié)出優(yōu)化配比的原則和方法。在確定瀝青用量時(shí)，應(yīng)綜合考慮粘聚力和內(nèi)摩擦角的變化，尋求兩者的最佳平衡點(diǎn)，以獲得最高的抗剪強(qiáng)度。應(yīng)根據(jù)骨料的特性和添加劑的作用，合理調(diào)整瀝青、骨料和添加劑的比例，以充分發(fā)揮各組成部分的優(yōu)勢(shì)，提高瀝青混合料的抗剪性能。在實(shí)際工程中，還需要結(jié)合道路的使用要求、交通條件和氣候環(huán)境等因素，通過(guò)試驗(yàn)和分析，確定最終的優(yōu)化配比方案，以確保瀝青路面的質(zhì)量和使用壽命。七、環(huán)境因素的影響7.1溫度對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響7.1.1溫度變化對(duì)瀝青粘度和軟化點(diǎn)的影響瀝青作為瀝青混合料的關(guān)鍵組成部分，其粘度和軟化點(diǎn)隨溫度的變化而顯著改變，這對(duì)瀝青混合料的力學(xué)性能產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。從微觀層面來(lái)看，瀝青是一種由多種有機(jī)化合物組成的復(fù)雜膠體體系，溫度的變化會(huì)改變?yōu)r青分子的熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)溫度升高時(shí)，瀝青分子獲得更多的能量，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間的距離增大，相互作用力減弱，導(dǎo)致瀝青的粘度降低。相反，在溫度降低時(shí)，瀝青分子的熱運(yùn)動(dòng)減弱，分子間的距離減小，相互作用力增強(qiáng)，瀝青的粘度增大。為了更直觀地了解溫度對(duì)瀝青粘度的影響，通過(guò)旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)對(duì)某70號(hào)基質(zhì)瀝青進(jìn)行了測(cè)試。在不同溫度下（110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃），分別測(cè)量瀝青的粘度，得到如下數(shù)據(jù)：溫度（℃）110120130140150160粘度（Pa?s）1.561.020.680.450.300.20根據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制的粘度-溫度曲線(xiàn)（圖2）顯示，隨著溫度的升高，瀝青粘度呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，且在高溫段（130℃-160℃）粘度下降的速率更快。這表明瀝青的粘度對(duì)溫度變化較為敏感，尤其是在高溫環(huán)境下，瀝青粘度的降低更為顯著。[此處插入瀝青粘度-溫度曲線(xiàn)圖片]瀝青的軟化點(diǎn)是衡量其耐熱性能的重要指標(biāo)，它同樣受到溫度的影響。當(dāng)溫度接近或超過(guò)瀝青的軟化點(diǎn)時(shí)，瀝青會(huì)逐漸從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，其力學(xué)性能會(huì)發(fā)生急劇變化。根據(jù)環(huán)球法測(cè)定瀝青軟化點(diǎn)的原理，將瀝青試樣制成規(guī)定尺寸的圓片，置于加熱介質(zhì)中，以一定的速度加熱，當(dāng)試樣軟化到使兩個(gè)放在瀝青上的鋼球下落25mm距離時(shí)的溫度即為軟化點(diǎn)。對(duì)于某改性瀝青，通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定其軟化點(diǎn)為85℃。當(dāng)溫度低于軟化點(diǎn)時(shí)，瀝青具有較高的粘度和強(qiáng)度，能夠有效地粘結(jié)集料，使瀝青混合料保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)；當(dāng)溫度升高并接近軟化點(diǎn)時(shí)，瀝青的粘度迅速降低，粘結(jié)力減弱，瀝青混合料的抗剪性能也隨之下降。7.1.2高溫和低溫條件下抗剪性能的變化特點(diǎn)在實(shí)際道路工況中，高溫和低溫條件對(duì)瀝青混合料的抗剪性能有著截然不同的影響。高溫環(huán)境下，瀝青的粘度顯著降低，瀝青與集料之間的粘結(jié)力減弱，導(dǎo)致瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度降低。在夏季高溫時(shí)段，路面溫度可高達(dá)60℃-70℃，此時(shí)瀝青混合料處于高溫軟化狀態(tài)，在車(chē)輛荷載的反復(fù)作用下，容易發(fā)生剪切變形，產(chǎn)生車(chē)轍、擁包等病害。在某高速公路的重載交通路段，由于夏季高溫和大量重型車(chē)輛的通行，路面出現(xiàn)了嚴(yán)重的車(chē)轍，車(chē)轍深度達(dá)到了5-8cm，嚴(yán)重影響了行車(chē)安全和舒適性。這是因?yàn)樵诟邷叵拢瑸r青混合料的抗剪強(qiáng)度無(wú)法抵抗車(chē)輛荷載產(chǎn)生的剪應(yīng)力，導(dǎo)致路面材料發(fā)生流動(dòng)和變形。低溫條件下，瀝青的脆性增加，柔韌性降低，使得瀝青混合料的抗剪性能也受到影響。當(dāng)溫度降低時(shí)，瀝青分子的活動(dòng)性減弱，瀝青變得堅(jiān)硬，容易產(chǎn)生裂縫。在冬季寒冷地區(qū)，路面溫度可降至零下十幾度甚至更低，此時(shí)瀝青混合料的脆性增大，在車(chē)輛荷載和溫度應(yīng)力的共同作用下，容易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。在某北方城市的道路上，冬季低溫時(shí)路面出現(xiàn)了大量的橫向裂縫，這些裂縫不僅影響了路面的平整度，還會(huì)加速路面的損壞，降低路面的使用壽命。這是因?yàn)榈蜏叵聻r青混合料的抗剪性能下降，無(wú)法承受溫度應(yīng)力和車(chē)輛荷載的作用，導(dǎo)致路面產(chǎn)生裂縫。高溫和低溫條件對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響給道路帶來(lái)了諸多危害。高溫時(shí)抗剪強(qiáng)度降低，使路面容易出現(xiàn)車(chē)轍、擁包等病害，這些病害不僅會(huì)降低路面的平整度，增加行車(chē)阻力和油耗，還會(huì)影響行車(chē)安全，導(dǎo)致車(chē)輛操控性能下降，增加交通事故的發(fā)生概率。低溫時(shí)脆性增加，使路面容易出現(xiàn)裂縫，裂縫會(huì)加速水分的侵入，導(dǎo)致瀝青與集料剝離，進(jìn)一步降低路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，縮短路面的使用壽命。因此，在道路設(shè)計(jì)和施工中，必須充分考慮溫度對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響，采取有效的措施提高瀝青混合料在不同溫度條件下的抗剪性能，以確保道路的安全和耐久性。7.2濕度對(duì)瀝青混合料抗剪性能的影響7.2.1水分對(duì)瀝青與集料粘附性的破壞作用水分侵入瀝青混合料后，會(huì)對(duì)瀝青與集料的粘附性產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用，進(jìn)而導(dǎo)致混合料性能下降。當(dāng)水分進(jìn)入瀝青與集料之間的界面時(shí)，會(huì)在兩者之間形成一層水膜。這層水膜的存在削弱了瀝青與集料之間的粘附力，使得它們之間的粘結(jié)強(qiáng)度降低。在實(shí)際道路中，路面會(huì)受到雨水的沖刷和浸泡，尤其是在雨天或積水路段，水分會(huì)大量滲入瀝青混合料中。在某城市道路的一段低洼處，由于排水不暢，路面長(zhǎng)期處于積水狀態(tài)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，該路段的瀝青路面出現(xiàn)了嚴(yán)重的松散和坑槽現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)路面芯樣的分析發(fā)現(xiàn)，水分的長(zhǎng)期侵入使得瀝青與集料之間的粘附力大幅下降，瀝青膜從集料表面剝離，導(dǎo)致混合料的結(jié)構(gòu)遭到破壞，抗剪性能急劇降低。從分子層面來(lái)看，瀝青與集料之間的粘附力主要來(lái)源于物理吸附和化學(xué)吸附。物理吸附是由于分子間的范德