提高沥青路面低温抗裂性能的一些措施

发布时间：2022-10-05 10:09 热度：

提高沥青路面低温抗裂性能的一些措施

周化成

摘要：沥青路面的低温抗裂性能直接与路面的开裂相关，因而是沥青的重要使用性能，本文分析了影响沥青沥青路面低温抗裂性能的因素，并提出了防治措施。

关键词：沥青混合料；低温性能；温缩裂缝

0 引言

沥青混凝土面层的温度开裂是路面的主要病害之一，温缩裂缝在国内外的寒冷地区都有发生，在我国的北方地区也十分普遍，但此种病害目前尚无法避免和根治。沥青路面的低温收缩裂缝破坏了路面的连续性和整体性，影响路面的美观，水分通过裂缝渗入基层，浸蚀路基，导致路面承载力降低，还为冻融提供了条件，加速路面破坏。另外，温度裂缝对将来加铺层的影响不容忽视，否则病害仍将继续直至重修，造成巨大的经济损失。本文分析了沥青路面低温下的裂缝类型和影响沥青混合料低温性能的因素，并提出了防治措施。

1 沥青路面低温开裂的类型

1.1 严冬期温度骤降出现的横向收缩裂缝

温缩裂缝是由于温度骤降，沥青混合料的应力松驰性能赶不上，温度下降产生的应力超过了材料的极限抗拉强度而产生的。在一般的温度范围内，沥青混合料具有应力松驰性能，不会产生出现裂缝那么大的应力。但当出现寒流或寒潮时，过快的降温速率将使路面内的应力来不及松驰，出现过大的应力积累，与此同时，由于温度降低，沥青混合料的应力松驰性能降低，使得积聚的应力超过沥青混合料的极限抗拉强度，路面出现大量的横向裂缝。

1.2 温度疲劳裂缝

产生低温裂缝的沥青混凝土层，春天气温回升时裂缝弥合，到了冬天，沥青混凝土层再次出现收缩，若基层摩擦力小，在实际收缩时，裂缝就变宽了，若基层摩擦力大，沥青混合料不会收缩，但会产生新的裂缝，裂缝数量也将增加，这是由于温度疲劳的作用造成。

即使没有发生开裂的路面，温度反复升降循环产生的温度应力作用，同样也会使路面开裂。由于温度应力的疲劳作用使沥青混合料的极限拉伸应变或劲度模量变小，又加上沥青老化使沥青劲度提高，应力松驰性能下降，故温度疲劳裂缝可能在比一次性降温开裂温度高的温度下开裂，所以温度疲劳裂缝可能发生在冬季最低气温并不太低的地区，同时裂缝随着路龄增加而不断增加。

1.3 反射裂缝

由于水泥、石灰、粉煤灰稳定类的半刚性基层的收缩（温缩和干缩），或者已经开裂了的半刚性基层在裂缝部位的应力集中与沥青面层的低温收缩、荷载作用产生的综合作用，使温缩裂缝较多地产生，这其中，沥青面层的收缩起了最主要的引发作用。

1.4 冻缩裂缝

冻缩裂缝主要是路基冻胀及收缩产生的开裂。表面看来，它可以一直延伸到路基范围之外的田野里，或者本来就是路外开裂延伸到路面上的，其裂缝宽度大，这种开裂在路面与路肩交界处最常见。

1.5 综合原因造成的横向裂缝

这种横向裂缝主要发生在急剧降温的过程中，首先是沥青层内产生了很大的温度应力，它是造成开裂的一个直接的主要原因，另一方面，沥青层下面的半刚性基层产生较大的收缩（干缩和冷缩的叠加），它将使沥青面层的收缩应力增大，从而造成开裂。如果半刚性基层上原先已经有了裂缝，沥青面层的温度应力将在基层的裂缝部位造成很大的应力集中，使得沥青面层在裂缝部位或其附近首先开裂。

2影响沥青路面低温开裂的因素

影响沥青混合料低温抗裂性能的因素有：材料特性、环境、路面结构几何尺寸等。

2.1 沥青的性质

油源决定了沥青混合料的抗裂性能，稠油沥青在低温时能承受较大的拉伸应变，有较低的劲度模量，其抗裂性能较好。沥青劲度是决定沥青混合料劲度的关键，Readshaw提出在沥青接近最低使用温度时的7200s劲度不超过200MPa时路面开裂较少。美国宾州试验路的结果也证实，横向裂缝与沥青的劲度最为相关。

沥青的针入度和低温延度与路面开裂有一定关系。通常针入度大的沥青有较低的劲度模量，比针入度低的沥青路面裂缝少。第十八届国际道路会议总报告认为10oC延度能粗略地估计低温性能，延度大的沥青抗低温收缩的能力较好。

2.2 沥青混合料的组成

（1）沥青用量对沥青混合料的劲度有显著影响，但圣安妮试验路结果表明，沥青用量在最佳用量的+0.5%~-1.0%范围内波动时，对开裂率无明显影响。

（2）矿料的性质及级配组成的影响。使用吸水性大的骨料，其温度裂缝也较大。而对不同混合料的级配类型做温度应力试验发现，粗粒式比细粒式的温度应力小。另外，在沥青混合料中加入矿粉，沥青与矿料形成的胶浆的粘度速度敏感性较大，比游离的沥青单体本身容易开裂。

（3）沥青混合料的剥落率越大越容易产生裂缝，剥落率大的沥青和骨料间的结合力弱，从而导致沥青混合料的抗拉强度变小。

2.3 路面结构的几何尺寸

现场调查结果表明，窄路面比宽路面的温度裂缝间隔更近。7m宽的道路的初始裂缝间距为30m，而宽度为15~30m的普通机场道面的初始裂缝间距大于45m。在使用相同沥青时，厚度大的路面比薄的路面裂缝率小，因此，增大沥青混合料面层厚度对于减少温度收缩裂缝及反射裂缝都是有效的措施。

2.4 基层的影响

半刚性基层比柔性基层热容量小，与沥青面层的附着性能差，尤其是本身收缩（干缩和温缩）的附加影响，故横向裂缝要多些。为了减少基层收缩附加力影响与面层收缩的共同作用，任何减轻基层收缩及减轻反射裂缝的措施都将有利于防止半刚性路面温缩裂缝的产生。

2.5 气温等环境因素

较大的温度梯度（温差）是沥青路面温缩裂缝产生的最直接原因。日本的研究表明，路面的收缩变形是日平均气温及温度梯度的函数。当日平均气温在20oC以上时，由于沥青材料已有足够的应力松驰性能，路面基本上不再产生收缩变形。从北海道的调查发现，10年最大冻结指数约为1000℃•d的地区裂缝发生较多。

2.6 其他影响因素

（1）应力集中。沥青混合料的低温抗拉强度一般在4~5MPa以上，石料的抗拉强度往往高达14MPa，这说明裂缝扩展时由于应力集中的影响，除了基层裂缝的影响外，温度裂缝总是在路面内某一最薄弱的部位首先发生。

（2）交通量的影响。由于温度收缩裂缝主要是温度变化所引起的，所以在交通量小的慢车道、路缘带、自行车或行人专用道路均有发生。由于荷载的搓揉压实，交通量大的路段温缩裂缝在最初几年可能反而较少，但随着路龄的增长，车辆荷载的反复疲劳作用将使横缝增长加快，缝距缩短。

3 提高沥青路面抗裂性能的措施

上述可知，要从根本上解决沥青路面温缩裂缝是不现实的，因此下面从材料、设计和施工等方面采取措施来提高沥青混合料的低温抗裂性能。

3.1材料选择

（1）注意沥青的油源，在严寒地区采用针入度较大、粘度较低的沥青对防止沥青路面开裂有益。同时选用温度敏感性小（PI值大）的沥青有利于减少沥青路面的温度开裂。

（2）沥青结合料要获得好的低温延伸性能和应力松驰性能，宜采用低温延度大的沥青。

（3）集料的吸水率要严格控制，粗集料的吸水率必须小于2%。同时采用100%轧制碎石拌制沥青混合料。

（4）采用改性沥青（用纤维，聚合物或天然沥青改性）。

3.2合理的沥青混合料类型和路面结构

（1）选择空隙率小、不透水的密级配沥青混凝土作为路面结构层，尽可能采用SMA作面层。适当增加沥青面层厚度，可有效地防止沥青路面低温开裂。

（2）采用柔性基层，或者在半刚性基层和沥青层之间设置级配碎石过渡层，减少半刚性基层开裂与温缩裂缝的综合作用。选用摩擦系数大、粗糙的基层和粘性土质的土基，对减轻沥青路面开裂有利。

3.3施工组织

在寒冷地区的沥青路面，压实度最好提高到98%以上，有效地降低施工结束时的残余空隙率至小于6%。严防施工过程中的工序交叉干扰，杜绝施工污染，尽可能在同一年内完成半刚性沥青路面基层和沥青层的施工。

4 结 语

综上所述，沥青路面温缩裂缝是十分复杂的，本文分析了温缩裂缝的类型及其影响因素，提出在公路工程建设中，应综合考虑多种因素，根据各地的具体情况采取有效措施，以提高沥青混合料的低温抗裂性能，达到减少温缩裂缝的目的，从而改善沥青路面的路用性能。

参考文献

[1] 张登良.沥青与沥青混合料[M].北京:人民交通出版社，1993.212-268.

[2] 沈金安主编.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社，2001.357-413.

[3] 公路沥青混合料施工技术规范（JTG F40-2004）[S].北京:人民交通出版社， 2004.

[4] 郝培文.沥青混合料低温抗裂性能研究[D].西安:西安公路交通大学硕士学位论文，1993 .

姓名：周化成；性别：男；出生年月：1981年4月12日；学历：本科；职称：助理工程师