寒區道路瀝青混合料的低溫抗裂性能分析

于紀淼+方其杭+溫明君+于秋莉

摘 要：文章通過對瀝青混合料低溫性能指標進行探討，分析了提高寒區道路瀝青混合料的低溫抗裂性的措施。希望通過文章的分析能夠為相關工作提供參考。

關鍵詞：寒區道路；瀝青混合料；提高低溫性能措施

隨著道路建設的不斷完善，先期修建的道路逐漸出現了裂縫、剝落、坑槽、沉陷等道路病害。尤其寒區道路病害的存在不僅影響了道路的美觀，更破壞了路面結構的整體性，使得路面結構的承載能力下降，影響了道路的通行質量。瀝青路面的破損有各種類型，其中裂縫主要有：疲勞裂縫、邊緣裂縫、塊裂、縱向裂縫、反射裂縫和橫向裂縫。其中高等級公路瀝青路面上常見的損壞現象主要有橫向裂縫、縱向及網狀裂縫。

季凍區熱拌瀝青混凝土路面早期破損形式主要是裂縫，在交通荷載和低溫應力引起的拉應力、剪應力或兩者共同作用下發生擴展，形成更具危害性的破損形式，引起路面的使用性能及交通服務功能下降。目前，國內外的一些學者對季凍區道路病害產生的原因及作用機理進行了深入的研究，并陸續提出了一些有效的防治措施。

1 寒區瀝青道路裂縫類型

本文以哈爾濱松北區典型路段道路病害為例進行分析。松北區位于松花江漫灘區，地勢低平，地表沼澤洼地、牛軛湖發育。地形總趨勢為北高南低，地面高程一般在115～118m之間，局部沙壟、沙丘可達120m。地貌成因類型為堆積類，形態類型可劃分為松花江高、低漫灘。

松北區氣候屬大陸季風性氣候，為北寒帶氣候條件，冬季長達五個月之久，春秋季節較短。年平均氣溫為5.7℃，極端最高氣溫為39.1℃，極端最低氣溫為-41.4℃；年均降雨量為523.3mm，降雨期集中在6-8月份；年平均蒸發量1508.7mm；最大凍深為2.05m，地面穩定凍結日期為11月下旬，穩定解凍日期為翌年4月中旬。冬季主導風向為SSW，最大風速為20m/s。

本地區氣候特點是冬季收極地大陸氣團控制，嚴寒干燥；夏季受副熱帶海洋氣團的影響，氣候炎熱多雨；春秋兩季因受冬、夏季風交替影響，氣候多變，春季多大風，降水少蒸發快，易發生干旱；秋季多發生寒潮侵襲，降溫急劇，易發生凍害。由于冬季降溫較快，水份易集聚形成聚冰帶，春季升溫緩慢，水分不易下滲，致使道路易發生凍脹、翻漿，對路基、路面的強度和穩定性產生不利影響。

2 松北區瀝青混凝土路面破損情況

松北區瀝青混凝土路面破損情況比較適合按照《公路瀝青路面養護技術規范》中有關道路破損情況的裂縫類進行分類和調查，裂縫類的破損類型分為龜裂、不規則裂縫、縱裂及橫裂。

對松北區各典型路段破損情況進行了逐一的調查。縱向裂縫是指沿路面行車方向分布的長直裂縫，其方向與道路中心線大體平行。橫向裂縫是指垂直行車方向的裂縫，裂縫方向與道路中心線大體垂直。不規則裂縫是指裂縫分布沒有規律，且未圍合成小裂塊。而龜裂是指各種裂縫一起分割路面，形成不同的裂塊，依據縫寬及是否散落變形等分成輕、中、三個嚴重等級。在路面調查過程中，列入龜裂的不再列入不規則裂縫。

以上圖示是世茂大道道路病害的一部分，也是主要的部分。

3 提高瀝青混合料的低溫抗裂性能的幾個方面措施

3.1 瀝青的稠度及氧化速度

瀝青用在路上時的稠度是影響瀝青面層抗裂性能的一個重要因素。瀝青的溫度敏感性，周圍的氣候條件，瀝青用量及其抵抗硬化的能力都影響到瀝青面層裂縫出現和發展的速度。

瀝青在夏季的高溫穩定性較差，容易產生轍槽。在瀝青中加硫可使瀝青混合料在高溫時有足夠的穩定性，同時能降低溫低勁度以抵抗冬季的反射裂縫。

當材料的極限應變小于低溫時瀝青面層中產生的拉應變時，瀝青面層就會產生受拉開裂。由此可以看到，在瀝青混合料拌和過程中保證瀝青不過多氧化（溫度不過高和加溫時間不過長）可以提高瀝青面層材料抗受拉極限開裂的性能。

3.2 混合料中的瀝青含量

受拉疲勞開裂的研究表明，瀝青含量從4.2%增加到6.2%可使密實瀝青碎石面層的疲勞壽命從10年增加到45年。瀝青含量高的混合料的抗永久形變性能可能不好，但是，將瀝青含量從規定的4.2%稍增加到4.7%，可以增大混合料的勁度，即改善穩定度，它還可以使受拉疲勞壽命增加一倍。增加瀝青含量還可以使混合料更密實，使瀝青較不容易老化。

3.3 瀝青混合料的孔隙率

孔隙率明顯影響瀝青混合料的疲勞壽命。壓實得好的材料可延緩裂縫擴展，還可以減輕路面使用過程中瀝青的硬化。用針入度為100的瀝青生產的密實瀝青碎石，其疲勞壽命會大大增加。由于熱壓式瀝青混合料的孔隙率較小，通常它優于密實瀝青碎石。直接受拉疲勞試驗表明，熱壓式瀝青混凝土磨耗層混合料的疲勞壽命是用相同等級瀝青的密實碎石磨耗層混合料的疲勞壽命的四倍。

開級配混合料的孔隙率大，抵抗受拉疲勞反射裂縫的能力差。進行的試驗表明，這種材料的疲勞壽命是密實混合料的1/2.5。開級配混合料表面層也較易產生溫度疲勞裂縫。

3.4 集料級配

在受拉疲勞作用下，集料級配對裂縫的擴展的影響不大，較大尺寸的級配集料稍許會增加混合料的抗開裂能力。

4 結束語

結合瀝青低溫指標的性能，對瀝青的稠度和氧化速度、混合料的含量以及壓實度級配等方面調節，可以達到較好的抗裂性。

參考文獻

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[2]蔣玲.道路建筑材料[M].北京：機械工業出版社，2012.

[3]JTG F40-2004.公路瀝青路面施工技術規范[S].

作者簡介：于紀淼（1974-），女，副教授，研究方向：交通土建。