瀝青路面低溫縮裂分析與防治

張洪源 徐宏武

【摘要】瀝青的低溫性能是瀝青的關(guān)鍵技術(shù)性能之一，對于寒冷地區(qū)或經(jīng)受重載荷大交通量的路面，該性能指標(biāo)尤為重要。低溫裂縫一直是瀝青路面主要破壞形式，目前各國還沒有統(tǒng)一的解決辦法。瀝青混合料是由多相組成的復(fù)雜物質(zhì)，其低溫性能受各相性能影響較大。本文從瀝青混合料的材料方面出發(fā)，研究瀝青路面產(chǎn)生低溫裂縫的原因。關(guān)于瀝青混合料低溫性能的評價方法較多，各國根據(jù)自身情況，采用了不同的評價方法。本文只對常用的幾種進行了簡單的介紹。

【關(guān)鍵詞】瀝青混合料；低溫性能；溫縮裂縫

1、引言

我國的高速公路90%左右為瀝青路面。瀝青作為一種碳氫化合物及其非金屬（氧.硫.氮）衍生物所組成的混合物.其高低溫性能很大程度上影響著混合料的路用性能。

瀝青路面使用期開裂是世界各國普遍存在的問題， 瀝青路面在溫度驟降或溫差較大地區(qū)， 會由于溫度應(yīng)力的作用而產(chǎn)生裂縫（如圖1）。裂縫的產(chǎn)生嚴(yán)重危害道路的使用壽命和質(zhì)量。瀝青路面產(chǎn)生裂縫后，特別在雨季，由于雨水的浸入，導(dǎo)致瀝青與集料破落，進而產(chǎn)生水破壞，并且雨水沿裂縫滲入基層，還會產(chǎn)生唧漿等一系列病害。處理好瀝青路面的低溫裂縫有利于提高路面的使用壽命和使用性能。但是，瀝青路面的低溫裂縫是目前世界上尚未解決的一種道路病害。

從以往的研究總我們可以發(fā)現(xiàn)，影響瀝青混合料的因素有如下幾種：①瀝青的性質(zhì)；②混合料自身的性質(zhì)；③路面結(jié)構(gòu)；④其它因素（當(dāng)?shù)氐臍鉁靥攸c、施工質(zhì)量、行車狀況等）。從這個四個因素中我們可以看出，瀝青路面產(chǎn)生低溫裂縫，并不是某一個因素能決定的，它是多種因素共同作用的結(jié)果，因此，也就加深了解決瀝青路面低溫裂縫的難度。

2、低溫開裂破壞的機理

瀝青混凝土的低溫變形能力主要取決于瀝青材料的低溫性能，瀝青與礦料的粘結(jié)強度以及瀝青混合料的均勻性。瀝青路面低溫抗裂性能的好壞，關(guān)鍵是瀝青材料本身直接影響到瀝青混合料的低溫抗裂性。從目前的觀點看，關(guān)于低溫開裂破壞機理主要是從嚴(yán)冬期溫度驟降，溫度疲勞，兩個方面因素來考慮的。

2.1 嚴(yán)冬期溫度驟降

位于路面面層的瀝青結(jié)構(gòu)層，直接受到氣溫變化的影響，當(dāng)溫度下降時瀝青面層就會產(chǎn)生收縮變形，這種收縮變形會受到基層對路面的摩阻力和路面無限連續(xù)板體對收縮變形的約束作用。如果這種收縮變形產(chǎn)生的應(yīng)力小于約束力，便不會產(chǎn)生裂縫。

2.2 溫度疲勞

溫度升降反復(fù)作用的溫度應(yīng)力疲勞使瀝青混合料的極限拉應(yīng)變或勁度模量變小，又加上瀝青老化使瀝青勁度增高，應(yīng)力松弛性能下降，故可能在比一次性降溫開裂溫度高的溫度下開裂。同時裂縫隨著路齡的增加而不斷增加。

3、提高瀝青混合料抗裂性能的方法

瀝青路面的開裂問題，一直是瀝青路面難以解決問題。從瀝青路面的組成材料出發(fā)，我們要解決這兩個問題可以從瀝青和瀝青混合料兩方面出發(fā)，從瀝青方面來講，國際上目前有低標(biāo)號瀝青和改性瀝青。而瀝青混合料我們可以考慮級配和瀝青與礦料的粘附性方面考慮。

從瀝青及瀝青混合料角度分析：

①注意瀝青的油源，在嚴(yán)寒地區(qū)采用針入度較大、粘度較低的瀝青有益。但同時要滿足夏季的要求；②選用溫度敏感性小的瀝青有利于減少瀝青路面的溫度開裂；③采用吸水率小的集料，租集料的吸水率應(yīng)小于2%；④采用l00%軋制碎石集料拌制瀝青混合料；⑤瀝青用量在馬歇爾最佳用量10.5%范圍內(nèi)對裂縫影響小，若使用較多的瀝青用量，對低溫抗裂是有益的。但必須注意對高溫穩(wěn)定性的負(fù)作用；⑥采用應(yīng)力松弛性能好的聚合物改性瀝青；⑦摻加纖維、使用改件瀝青。

從上述敘述的其中方法中，目前業(yè)界更多的傾向于采用改性瀝青去提高瀝青路面的低溫抗裂性能。

以上我們從材料的方面出發(fā)對防止瀝青混合料的低溫開裂，當(dāng)然，目前也不止這一個方向可以提高瀝青混合料的低溫抗裂性能。我們可以從路面結(jié)構(gòu)出發(fā)，達到提高瀝青混合料的低溫抗裂性能。其具體方法如下：①增加瀝青面層厚度，可有效地防治瀝青路面低溫開裂，而且能防讓半剛性基層開裂的反射性裂縫；②采用柔性基層，有減少半剛性基層開裂與溫縮裂縫的綜合作用；③選擇空隙率小、不透水的密級配瀝青混凝土作為路面結(jié)構(gòu)層，采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）作面層；④表面層應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)石料，同時采用聚合物改性瀝青鋪筑的抗滑路面；⑤選用摩擦系數(shù)大、粗糙的基層對瀝青路面開裂有利；⑥土基為粘性土?xí)r，瀝青路面開裂有減輕的趨勢；⑦對瀝青路面進行預(yù)鋸縫，并注意封縫處理。

我國瀝青路面往往達不到使用年限，便產(chǎn)生各種早期破壞，其中低溫開裂也是其中之一，這有材料和結(jié)構(gòu)的關(guān)系，但經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，施工不好也是造成瀝青路面開裂的主要原因，故為了防止瀝青混合料的開裂，我們也需要把好施工關(guān)，我們可以從以下幾個方面做好瀝青路面的施工：①充分碾壓路面.壓實度達98%以上，施工結(jié)束時的殘余空隙率應(yīng)小于6%；②取樣鉆芯的孔應(yīng)仔細回填，不致留下缺陷；③采用收縮系數(shù)小的低溫不易開裂的標(biāo)線漆；④做好接縫，避免冷接縫，做好與排水井等人工構(gòu)造物的接頭。

以上我們從材料、結(jié)構(gòu)和施工三個方面對瀝青混合料預(yù)防低溫開裂方法做了介紹。瀝青路面要開裂這是不可避免的問題，我們只能推遲其開裂和盡量減少裂縫數(shù)量來達到提高瀝青路面使用壽命的目的。

4、結(jié)論

本文對瀝青混合料的低溫性能進行了研究，瀝青混合料的低溫破壞主要是低溫裂縫，也就是通常所說的溫縮裂縫。瀝青路面溫縮裂縫是十分復(fù)雜的。從本文的分析中，我們知道，瀝青混合料的溫縮裂縫的發(fā)生是多方面原因的綜合。溫度驟降，溫度疲勞和反射裂縫等都是瀝青路面產(chǎn)生裂縫的原因。只有分析瀝青路面溫縮裂縫產(chǎn)生的原因，我們才能在改進瀝青混合料低溫性能方面有很大的提高。

著名的SHRP研究成果證明了瀝青性能對低溫問題的直接貢獻率為80% ，因此，文中我們從兩個方面談到了瀝青混合料的低溫性能評價方法：一瀝青，二瀝青混合料。各國目前都把主要目標(biāo)放在改進瀝青低溫性能，從而達到提高瀝青混合料低溫性能的研究上。其中，研究最多的就是改性瀝青，即通過添加各種改性劑來達到提高瀝青混合料低溫性能。我覺得改性瀝青是一種方法，但其應(yīng)用于道路上的具體性能如何還需要進一步的研究。另外一種方法，就是采用高柔量的瀝青，當(dāng)然這也是一種方法。但是，采用這類瀝青必然也會帶來瀝青路面另一種類型的破壞，即高溫破壞。所以說，要預(yù)防瀝青路面的低溫裂縫，需要綜合考慮各方面的因素，提出一種更為有效的方法。

綜上所述，要提高瀝青混合料的低溫性能，應(yīng)綜合考慮各方面的因素，從材料、結(jié)構(gòu)和施工三個方面出發(fā)，做好瀝青路面建設(shè)的每一步，最終達到提高瀝青混合料低溫性能的目的。

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