半剛性基層瀝青路面低溫抗裂性研究

趙 艷 光

(山西省交通建設工程監理有限責任公司,山西 太原 030012)

1 概述

半剛性基層在我國得到了廣泛的應用，瀝青路面是高速公路的主要路面結構形式。一直以來，半剛性基層具有穩定性好，承載力高，施工成本低等優點，但是其具有縮裂性，容易在瀝青面層與半剛性基層之間形成薄弱點。在荷載應力與溫度應力的共同作用下，容易在瀝青面層局部產生應力集中，進一步導致瀝青路面開裂。在低溫季節，溫縮應力增大，最容易產生開裂。

瀝青路面開裂后，雨水會從裂縫滲入到路面結構中，造成基層破壞，產生唧漿等病害，進一步滲入到底基層和路基導致結構軟化，使整個路面結構承載力下降，導致路面開裂進一步擴展，大大縮短瀝青路面的使用壽命。在我國北方，由于冬季氣溫較低，瀝青路面結構容易產生開裂，必須采取措施，減少溫度裂縫的數量、延緩或抑制溫度裂縫的擴展，提高瀝青路面的低溫抗裂性。

路面開裂是各國瀝青路面普遍存在的瀝青路面病害，也是導致瀝青路面各類病害的關鍵，得到了各國的普遍重視。溫度裂縫是瀝青路面開裂的主要形式之一，受到溫度應力、行車荷載和材料性能的影響。其中，由于氣候寒冷，晝夜溫差大，溫度驟然下降所造成的裂縫最為嚴重。因此，對瀝青路面低溫抗裂的開裂機理、影響因素進行研究，提出低溫抗裂性的評價方法和防治措施，可有效預防瀝青路面早期開裂，改善瀝青路面的使用性能，延長瀝青路面的使用壽命，提高公路的經濟效益和社會效益。

2 低溫開裂機理及影響因素

2.1 瀝青路面低溫開裂機理

瀝青路面結構屬于柔性結構，在外界荷載和應力的作用下，容易產生變形。在低于瀝青路面抗拉強度的情況下，只出現疲勞開裂。但是，在溫度驟然下降、晝夜溫差變化較大時，溫度應力和荷載應力綜合作用下，容易產生低溫開裂。瀝青具有粘彈性和應力松弛特性，但是在低溫情況下，瀝青的脆性增加，接近于線彈性，其應力松弛能力大大降低。當氣溫驟然下降時，瀝青路面材料體積收縮，當溫度應力超過瀝青路面結構的極限抗拉強度時，路面結構產生低溫開裂。

2.2 瀝青路面低溫開裂影響因素

1)瀝青質量。

瀝青材料的選擇應從油源、溫度敏感性、勁度等方面進行選用，并結合當地的自然氣候條件。從油源上來說，應盡可能采用稠油來煉制瀝青，可有效減少瀝青路面開裂，提高低溫抗裂性。溫度敏感性對瀝青低溫抗裂性的影響較大，可以從溫度對瀝青性質變化的影響分析低溫抗裂性。瀝青混合料的低溫勁度是影響瀝青路面開裂的主要原因，瀝青混合料勁度的大小由瀝青勁度決定。同時，對瀝青進行抽樣檢測，對針入度、延度、含蠟量和老化性能進行檢測，確保其符合施工要求。

2)瀝青混合料。

影響瀝青混合料強度的關鍵是瀝青用量、空隙率和礦料組成級配，必須嚴格進行配合比設計，控制瀝青用量在最佳用量的+0.5%～-1.0%。礦料級配方面，細粒式瀝青混凝土比間斷級配及密級配的中粒式瀝青混凝土產生開裂的程度低。礦料應選用吸水性小、與瀝青粘附性好、堅硬耐磨的集料，以提高其低溫強度。瀝青路面的空隙率與低溫抗裂性沒有直接關系，但會影響路面結構的老化特性，增大瀝青路面的勁度，導致產生開裂。

3)外界環境因素。

外界環境因素，主要是氣溫和溫度梯度對瀝青路面的低溫抗裂性影響最大。當外界氣溫降到路面材料的脆化點溫度以下，并持續一段時間后，就會使瀝青路面產生開裂。外界氣溫越低，瀝青路面產生的開裂越嚴重。溫度梯度也稱為溫度差，瀝青面層頂部與底部溫度差越大，所產生的溫度應力越大，瀝青路面的開裂情況越嚴重。研究表明，溫度梯度最大的季節是在每年的春季和秋季。同時，降溫速率、風速和太陽輻射等因素對溫度梯度的影響也較大，一般處于風口處的瀝青路面裂縫較多。

4)路面結構。

路面寬度、面層厚度、層間粘結以及基層和土基的基本情況，都會對瀝青路面的低溫抗裂性造成影響。調查表明，在通車初期，對于7 m寬的瀝青路面，裂縫間距大概為30 m；而對于15 m～30 m的瀝青路面，裂縫間距大概在45 m。采用同樣的瀝青拌制的瀝青混合料，路面厚度較大的開裂情況比薄的要輕。施工中在瀝青面層之間噴灑透層油，可有效減少溫度裂縫。半剛性基層熱容量小，易產生縮裂，與瀝青面層的附著性能差，導致瀝青路面容易出現橫向開裂。由于半剛性基層與瀝青面層的粘附性差，瀝青面層內部的溫度應力無法傳遞到瀝青面層中去，只能在瀝青面層內部積聚，容易導致路面結構開裂。當半剛性基層已經開裂時，容易在裂縫處產生應力集中，導致路面面層開裂。

3 低溫抗裂性評價方法

瀝青路面低溫抗裂性的評價方法，一般從低溫下的抗拉強度或抗變形能力進行評價。美國公路戰略研究計劃(SHRP)提出了以溫度應力試驗和積分試驗作為評價瀝青路面低溫抗裂性的主要方法。

我國在“八五”攻關成果中建議采用當量脆點T1.2和10 ℃延度作為瀝青低溫抗裂性的主要方法。隨著瀝青檢測技術的不斷進步，我國現普遍采用5 ℃延度評價改性瀝青的低溫抗裂性。

4 瀝青路面低溫抗裂的常用措施

4.1 選擇合適的材料

瀝青混合料所選用的瀝青，應該選擇抗老化性能好的、較軟的、溫度敏感性低的瀝青或改性瀝青。集料應選擇多棱角、吸水性差、堅硬耐磨、與瀝青粘附性好的石料。

4.2 設計低溫抗裂性能好的路面結構

在資金投入允許的情況下，適當增加瀝青面層厚度，可有效地減少瀝青面層的低溫開裂。同時，也可以緩解半剛性基層裂縫向上擴展，防止產生反射裂縫。但是，瀝青面層的厚度也不能太厚，否則容易導致產生車轍等病害。采用柔性基層或是表面粗糙的基層，提高面層與基層的粘結效果，有利于溫度應力向下傳遞，可有效減輕瀝青路面的開裂。

4.3 優化瀝青路面的施工工藝

1)加強層間粘結。

瀝青路面施工過程中，嚴格按照要求設置透層和粘層，加強層間粘結。我國瀝青路面施工普遍存在透層和粘層瀝青用量不足的現象，特別是采用乳化瀝青后，很多路面結構的瀝青含量嚴重不足，根本起不到層間粘結的作用。

2)合理碾壓。

在瀝青路面施工中合理選型壓實機械的型號和類型，提高壓實效果，降低路面結構的空隙率，減緩老化。鋼輪壓路機易使路面結構出現微裂縫，應盡量選用輪胎壓路機進行碾壓。

5 結語

瀝青路面是我國最常見的路面結構形式，低溫抗裂性是其最主要的路用性能之一。通過對瀝青路面的低溫開裂機理和影響因素進行分析，可根據實際情況有針對性的采取措施進行預防。文章對半剛性基層瀝青路面低溫抗裂的防止措施進行了詳細的闡述，有利于提升低溫開裂的防治效果，延長瀝青路面的使用壽命，提高瀝青路面的經濟效益和社會效益。

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