瀝青路面抗凍融試驗(yàn)研究現(xiàn)狀

蘇鎮(zhèn)洪 張洪剛 仲文亮

(1.廣州市道路養(yǎng)護(hù)中心，廣東 廣州 510080;2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)，湖南長(zhǎng)沙 410004)

2008年年初我國(guó)南方地區(qū)遭遇了冰凍災(zāi)害性天氣，其影響地域廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，造成重大損失。我國(guó)南方部分地區(qū)在遭遇惡劣天氣時(shí)產(chǎn)生的凍融損壞，已成為此類(lèi)地區(qū)瀝青路面損壞的主要原因之一。因此為弄清有水凍融條件下道路材料的損害特征及發(fā)展規(guī)律，將國(guó)內(nèi)外凍融研究現(xiàn)狀做相關(guān)總結(jié)。

1 國(guó)內(nèi)外研究概況

1)凍融損害機(jī)理研究。凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料性能損害的本質(zhì)原因有:a.水分進(jìn)入路面材料的侵蝕損害，水分在動(dòng)荷載作用下滲入到瀝青和集料的界面上，導(dǎo)致瀝青薄膜與集料脫離，瀝青路面出現(xiàn)坑槽等病害［1］;b.溫度大幅變化引發(fā)的材料損害。長(zhǎng)沙理工大學(xué)鄭健龍［2］指出，在溫度下降過(guò)快時(shí)，瀝青面層的溫度應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生能量累積，當(dāng)超出瀝青混合料所容許的極限程度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象。另外，大連理工大學(xué)潘寶鋒［3］、哈爾濱工業(yè)大學(xué)王哲人［4］關(guān)注了低溫引起的水分遷移積聚和凍結(jié)。瀝青混合料內(nèi)的水分在低溫凍結(jié)后體積變大，易產(chǎn)生膨脹力導(dǎo)致劈裂破壞。而溫度變化引起的水分遷移和集聚較水凍結(jié)產(chǎn)生體積膨脹引起的危害更為嚴(yán)重。在滲透作用下，由于混合料內(nèi)自由水與結(jié)合水的凍結(jié)點(diǎn)溫度不同，水分向凍結(jié)區(qū)的遷移和集聚，導(dǎo)致冰晶體體積逐漸增大，瀝青層內(nèi)的微空隙及原始裂縫也隨之變大，當(dāng)冰晶體融化時(shí)，會(huì)造成水穩(wěn)定性破壞［5，6］。

2)凍融劈裂試驗(yàn)研究。瀝青混合料的水穩(wěn)定性是抗水損害能力的最重要指標(biāo)，瀝青混合料的水穩(wěn)定性主要與集料性質(zhì)、集料與瀝青之間相互作用的性質(zhì)，以及瀝青混合料類(lèi)型、施工碾壓方法等因素有關(guān)。規(guī)范中，對(duì)于瀝青混合料水穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)也給出了標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法，但其中也存在著不足，因此，國(guó)內(nèi)部分學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)［9-14］。吉林大學(xué)馬新、同濟(jì)大學(xué)鄭傳峰等人提出用真空飽水狀態(tài)下煮沸劈裂試驗(yàn)［9］來(lái)評(píng)價(jià)其抵抗水損害的能力，便于操作、精度高、效果顯著，能快速有效的評(píng)價(jià)混合料的水穩(wěn)定性，不足之處在于未作凍融循環(huán)或是多次凍融浸煮比較;哈爾濱工業(yè)大學(xué)王抒音、譚憶秋［13］指出空隙率超出6%～7%時(shí)容易發(fā)生水損害，界定此范圍為水損害的臨界空隙率范圍。

3)材料凍融試驗(yàn)方法研究。因?yàn)槲覈?guó)瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)范中缺乏有關(guān)試驗(yàn)規(guī)定，各學(xué)者關(guān)注角度不同，使評(píng)價(jià)混合料凍融循環(huán)的指標(biāo)各不相同，目標(biāo)循環(huán)次數(shù)各不相同，但都少于50次，學(xué)者多取用20次左右凍融循環(huán)次數(shù)。16，20，24，25是各學(xué)者關(guān)注的關(guān)鍵循環(huán)次數(shù)。進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)對(duì)試件進(jìn)行飽水處理使其能達(dá)到充分飽水狀態(tài)。規(guī)范中要求在做凍融劈裂時(shí)，飽水后需將試件放入塑料袋中并往袋內(nèi)注水。侯曙光等人采用保鮮袋密封，郭忠印采用塑料袋真空密封，韓海峰等人也采用隔水處置。但各有優(yōu)缺點(diǎn)，保鮮袋密封雖簡(jiǎn)單可行，但是由于保鮮袋密封效果不好，容易進(jìn)水，若多裹保鮮膜又會(huì)影響凍融效果。塑料袋真空密封雖然密封效果很好，但是真空密封儀屬不常用儀器，一般試驗(yàn)室不具備該條件，綜合來(lái)看，從簡(jiǎn)單易行省時(shí)等方面考慮，建議采用改進(jìn)的保鮮膜密封。冰凍設(shè)備采用冰柜或低溫箱。但是冰凍溫度和冰凍時(shí)間各個(gè)學(xué)者各異。考慮到實(shí)際情況及考慮到極限狀態(tài)，建議采用低溫－20℃，凍多長(zhǎng)時(shí)間需根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定確定，要能使試件中心溫度達(dá)到－20℃。每次凍融終了時(shí)分別控制試件中心溫度以(－20±2)℃，(10±2)℃為宜。

4)凍融損傷微細(xì)觀研究。有關(guān)凍融損傷微細(xì)觀研究集中于對(duì)混合料空隙率和斷層掃描CT圖像研究。宋力和通過(guò)對(duì)不同級(jí)配的瀝青混合料做凍融循環(huán)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)后空隙率的變化與初始空隙率變化基本呈正相關(guān)。西安建筑科技大學(xué)張倩等人［7］利用CT掃描機(jī)獲取瀝青混合料馬歇爾件初始和凍融劈裂后內(nèi)部結(jié)構(gòu)的CT圖像，CT圖像數(shù)字化分析表明，劈裂破壞多發(fā)生在持水較多的部位。

2 瀝青混合料抗凍融性能研究現(xiàn)狀分析

在我國(guó)規(guī)范中，評(píng)價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性時(shí)，鮮有考慮多次凍融后混合料的水穩(wěn)定性狀況，在評(píng)價(jià)混合料其他性能指標(biāo)時(shí)考慮凍融循環(huán)的也較少，相關(guān)研究較少。侯曙光等人研究了低溫地區(qū)瀝青混合料的凍融疲勞特性，李喆等人研究了基于能量法瀝青混合料凍融循環(huán)疲勞特性，吳瑞麟等人研究了凍融循環(huán)對(duì)瀝青路面全厚度車(chē)轍試驗(yàn)的影響，宋力和研究了凍融對(duì)瀝青混合料空隙率的影響。但總的來(lái)看，除水溫性外，凍融循環(huán)對(duì)混合料其他性能指標(biāo)的影響研究較為分散，不統(tǒng)一，不系統(tǒng)，試驗(yàn)方法各異。當(dāng)前，較為前沿的研究趨勢(shì)便是借助CT等新手段、新方法從微細(xì)觀方面研究混合料損傷演變規(guī)律，它為通過(guò)定量分析瀝青混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化更好地掌握損害機(jī)理，揭示瀝青混合料材料的破壞實(shí)質(zhì)提供了一種新思路、新手段。

3 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)外雖對(duì)瀝青路面凍融損害開(kāi)展了相關(guān)研究，在評(píng)價(jià)瀝青混合料的除水穩(wěn)定性狀況外的其他性能指標(biāo)時(shí)，均未考慮到有水條件下溫度凍融循環(huán)的影響，對(duì)多次凍融后混合料的水穩(wěn)定性狀況研究亦不足，需要進(jìn)一步系統(tǒng)研究。相信通過(guò)努力，我國(guó)的瀝青路面抗凍融能力會(huì)大大提高。

［1］蔣 俊，林家勝.不同類(lèi)型瀝青混合料凍融劈裂試驗(yàn)研究［J］.中南公路工程，2005(2):75-77.

［2］鄭健龍.瀝青路面溫度收縮開(kāi)裂的熱粘彈特性研究［D］.西安:長(zhǎng)安大學(xué)博士學(xué)位論文，2001.

［3］潘寶鋒，王哲人.瀝青混合料抗凍融循環(huán)性能的試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2003(3):1-4.

［4］王哲人，馮德成.寒冷地區(qū)高速公路瀝青路面的水損害［J］.公路交通技術(shù)，1999(4):23-29.

［5］楊文鋒.瀝青混合料抗水損害能力研究［D］.武漢:武漢理工大學(xué)碩士論文，2005.

［6］曹 健.空隙率和滲透性對(duì)季凍區(qū)瀝青路面路用性能的影響研究［D］.長(zhǎng)春:吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008.

［7］張 倩，于 玲.凍融劈裂對(duì)瀝青混合料微觀結(jié)構(gòu)影響的CT 圖像分析［J］.北方交通，2008(1):54-56.

［8］張宏超，孫立軍.瀝青混合料水穩(wěn)性能全程評(píng)價(jià)方法研究［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，30(4):8-19.

［9］馬 新，鄭傳峰.瀝青混合料水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法的試驗(yàn)研究［J］.公路工程，2008，33(4):109-120.

［10］丁 立，劉朝暉.瀝青路面沖刷凍融劈裂的水損害試驗(yàn)?zāi)M環(huán)境［J］.公路交通科技，2006，23(9):15-19.

［11］汪繼平，丁 立.瀝青路面的水損害試驗(yàn)?zāi)M環(huán)境設(shè)計(jì)及試驗(yàn)驗(yàn)證［J］.中南公路工程，2006，31(6):37-41.

［12］李立寒，曹林濤.瀝青混合料劈裂抗拉強(qiáng)度影響因素的研究［J］.建筑材料學(xué)報(bào)，2004，7(1):41-45.

［13］王抒音，譚憶秋.用凍融循環(huán)劈裂比評(píng)價(jià)瀝青混合料抗水損害能力［J］.哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，35(5):123-126.

［14］Joshi，Manali，Mansata，et al.Design and analysis of multi-level active queue management mechanisms for emergency traffic［J］.Computer Communications，2005，28(2):162-173.