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鍵技術性能之一，對于寒冷地區或經受重載荷大交通量的路面，該性能指標尤為重要。低溫裂縫一直是瀝青路面主要破壞形式，目前各國還沒有統一的解決辦法。瀝青混合料是由多相組成的復雜物質，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，研究瀝青路面產生低溫裂縫的原因。關于瀝青混合料低溫性能的評價方法較多，各國根據自身情況，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， 會由于溫度應力的作用而產生裂縫（如圖1）。裂縫的產生嚴重危害道路的使用壽命和質量。瀝青路面產生裂縫后，特別在雨季，由于雨水的浸入，導致瀝青與集料破落，進而產生水破壞，并且雨水沿裂縫滲入基層，還會產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現，影響瀝青混合料的因素有如下幾種：①瀝青的性質；②混合料自身的性質；③路面結構；④其它因素（當地的氣溫特點、施工質量、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，關于低溫開裂破壞機理主要是從嚴冬期溫度驟降，溫度疲勞，兩個方面因素來考慮的。

2.1 嚴冬期溫度驟降

位于路面面層的瀝青結構層，直接受到氣溫變化的影響，當溫度下降時瀝青面層就會產生收縮變形，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板體對收縮變形的約束作用。如果這種收縮變形產生的應力小于約束力，便不會產生裂縫。

2.2 溫度疲勞

溫度升降反復作用的溫度應力疲勞使瀝青混合料的極限拉應變或勁度模量變小，又加上瀝青老化使瀝青勁度增高，應力松弛性能下降，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，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，從瀝青方面來講，國際上目前有低標號瀝青和改性瀝青。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，在嚴寒地區采用針入度較大、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定性的負作用；⑥采用應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對防止瀝青混合料的低溫開裂，當然，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。我們可以從路面結構出發，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構層，采用瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）作面層；④表面層應選用優質石料，同時采用聚合物改性瀝青鋪筑的抗滑路面；⑤選用摩擦系數大、粗糙的基層對瀝青路面開裂有利；⑥土基為粘性土時，瀝青路面開裂有減輕的趨勢；⑦對瀝青路面進行預鋸縫，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，這有材料和結構的關系，但經過研究發現，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，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，施工結束時的殘余空隙率應小于6%；②取樣鉆芯的孔應仔細回填，不致留下缺陷；③采用收縮系數小的低溫不易開裂的標線漆；④做好接縫，避免冷接縫，做好與排水井等人工構造物的接頭。

以上我們從材料、結構和施工三個方面對瀝青混合料預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量來達到提高瀝青路面使用壽命的目的。

4、結論

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生裂縫的原因。只有分析瀝青路面溫縮裂縫產生的原因，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，應綜合考慮各方面的因素，從材料、結構和施工三個方面出發，做好瀝青路面建設的每一步，最終達到提高瀝青混合料低溫性能的目的。

參考文獻

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