高海拔沥青混凝土路面的高温稳定性和低温抗裂性的研究

高海拔沥青混凝土路面的高温稳定性和低温抗裂性的研究
发布时间：2022-11-04T01:37:41.345Z 来源：《工程建设标准化》2022年第12期第6月作者：刘昊李翠花孔芳
[导读] 沥青路面以其优良的性能在世界范围内得到了广泛的应用，已成为路面的主要形式。

刘昊李翠花孔芳
中建新疆建工土木工程有限公司新疆乌鲁木齐市 830000
摘要:沥青路面以其优良的性能在世界范围内得到了广泛的应用，已成为路面的主要形式。

沥青路面低温开裂是由大气冷却和强温度敏感性引起的一种损伤形式。

除了由于路面裂缝引起的路面反射裂缝和由于交通荷载引起的疲劳裂缝之外，这些类型的故障还对路面的服务质量产生负面影响，如何减少和抑制道路裂缝的发生已成为世界各国道路工作者的研究方向。

关键词:高海拔，混凝土，高温，稳定性，抗裂性，现状分析.
一、引言
在高质量路面施工中，沥青摊铺机作为道路铺设设备，具备了机械刚度足够、行驶稳定、舒适、震动小、扬尘小、噪声少、便于养护等一系列优势，特别适合在风景名胜区内的道路施工。

由于沥青层是沥青混合材料的主要粘结部分，是由碳氢化合物所构成的具有较高温度敏感性的高分子，所以沥青混材料有典型的高柔韧性、黏度和塑性的承载能力。

低温小变形范围和高速大变形范围的黏弹性体，在温度变化范围内也都是黏弹性体。

所以，对沥青混料要求优异的路用特性，如高温性能、低温耐裂度、耐久性、紧密度和防滑等。

二、沥青混凝土路面的现状
2.1、混凝土路面分析
从调查结果来看，除了施工质量不合格造成的问题外，主要原因是基础设计深度不足和强度不确定性。

交通量增加引起的裂缝通常是纵向裂缝，然后发展为净裂缝。

此类荷载引起的裂缝通常发生在中、低质量公路的干线上。

对于整体设计，大多刚性地基存在着足够的抗滑力，而在该负荷作用下产生的裂纹并非主要因素。

沥青混凝土的温度变形性能在较大程度上决定于沥青材料的温度特性、沥青材料和矿物骨料的热融合程度、沥青混合料的粒度和热均匀性能，所以，在合理配制的基础上，可以改善沥青混凝土的耐低温开裂性能，并通过选用与沥青材料粘附性能良好的矿物料，控制施工质量，并增加低黏度高塑性沥青材料和纤维添加物。

但因为我国幅员辽阔，南北温差较大，一半以上的沥青在低温下受裂缝影响。

随着交通的发展，人们对不同道路的需求越来越多。

因此，为了减少和消除摊铺机的低温裂缝，提高摊铺机性能，有必要对沥青混合料的低温裂缝进行研究。

2.2、混凝土高温稳定性不良引起的病害
当沥青混凝土道路在夏季达到高温后，车轮轨带随着道路的行驶而慢慢下沉并产生凹形，在二侧产生了所谓的车辙问题。

这也是现代的沥青路面上最普遍的病害。

这种问题是由于循环压力和塑性变形过程(包括压缩和剪切变形)而逐步积累的产物。

尽管橡胶有一定的机械刚性，在每个驱动负荷时的塑性变形量也很少，但在反复应用后的累积量却较大。

尤其是在高温高压时，由于沥青面蠕变而引起的塑性变形量很大。

尽管路面上并没有较大的凹模和珠状变形现象，但轮轨两侧（特别是车辆行驶时）的变形较大（在10mm至20mm范围内），纵向上形成松动。

因此，沥青混凝土路面在交通荷载作用下的蠕变是其失效的主要原因。

2.3、高海拔地区沥青混凝土路面施工
海拔地区的特点是温暖季节相对较短，有效施工时间非常短,此外，还有空气压力的限制。

工程机械的选择非常狭窄，自然边界太大。

为了克服这个问题，测试人员必须在开始工作前进行所有调查和准备，彻底检查问题的各个方面，并选择适当的原沥青混合比和碾压温度。

在我们的施工过程中，检查员发现钢轮在施工过程中受损。

由于越野和越野条件的影响，轮胎的压路机冷却很快，轮胎压路机不会滚动，因此无法反映滚动效果。

道路形成后，感觉更加明显。

此外，还有另一个主要原因：沥青路面使用白石灰粗骨料。

在具有这种结晶度的原材料中，在轧制过程中，轧制值和粘结指数的平均值高于正常值，达到相对上限。

在此期间沥青施工过程中，我们的项目将必须学习以往的工作经验，并提前做好准备。

应特别注意总供应源和现场收购管理。

在此期间，改进了碾压技术，设计了沥青混凝土级配，级配与SMA-13相同，以避免上述问题再次发生。

最后，为了保证参数的科学性和合理性，设计了渗透性指标，为预防各种道路病害提供了有效保障。

三、沥青混凝土路面低温抗裂性的研究
3.1、沥青路面的低温开裂机理
通过分析裂缝产生的原因，将裂缝分为两种类型。

一种是载荷效应，即裂纹主要由驱动载荷引起。

另一条裂缝是沥青路面的非荷载裂缝主要是温度裂缝。

温度裂缝主要是横向裂缝，交叉裂缝是沥青路面的主要形式。

沥青路面的表面裂缝是由热应力和疲劳引起的。

在驱动载荷和温度载荷的耦合作用下，裂纹逐渐形成并延伸到下层，形成表面裂纹。

在我国，沥青路面的形式比较单一，其中半刚性基层沥青路面占90%以上，半刚性基层的最大优点是整体强度高，板体性好，承载能力高，抗疲劳性能强。

半刚性材料的干收缩和低温收缩最初导致裂纹，在反复暴露于交通荷载和温度荷载下，沥青表面会形成反射裂缝。

当然，半刚性沥青路面的裂缝是一个非常复杂的现象，产生裂缝的原因是多方面的。

一般而言，纵向裂缝主要发生在路网裂缝中，在中低等级公路和高质量重载铁路的轮轨中较为常见。

气温变动直接影响沥青的沥青面构造，由于气温降低，沥青表面萎缩和变形。

因为混凝土摊铺机上无压缩缝，基层和摊铺机之间的摩擦阻力，以及与摊铺机连接面的无限压缩变形都影响着这种变化，在沥青混料摊铺层上形成了拉伸内部应力。

另外，沥青混凝土还存在着应力释放特性。

当沥青混凝土裸露在一定压力下，生成的张力随温度变化而松弛。

在一般温度范围内，由于拉伸应力的松弛，由室温降低所产生的拉伸应力逐渐减少，而且也没有出现大于裂纹的拉伸应力。

不过，如果冷却速率过高，道路上的热负荷也将松弛，从而产生了过量的热负载积聚。

另外，由于环境温度的下降，沥青混合材料的热应力松弛系数会增加，屈服极限值变小，应力积聚过大。

当热应力值大于沥青混材料的极限抗拉强度时，拉伸应力也会增加。

通过研究这一问题的实质，发现温度收缩裂纹在冷波到达阶段的时间通常很长，而不是在局部极端温度条件下。

在我国北方，十一月是一年中第一个寒冷的月份。

寒潮来临时，沥青表面经常出现热收缩断裂。

3.2、低温开裂的影响因素
沥青特性:沥青混合料的高温刚度比，是影响沥青混合料在低温开裂程度的最主要原因之一。

同一温度下的硬度或粘性(如粘度或渗透性)和温度敏感性(如温度范围内的恒定变化)是最主要的影响。

随着气温的下降，低粘度(或高渗透性)沥青粘合剂凝固速度减慢，从而减少了
在温度下破裂的可能性。

在温度下，沥青混料变质能力增强，抗裂性也增强。

而沥青混合料的变形性能则与其低刚性关系成反比。

因此，若要改善沥青混合料的低耐磨性，就有必要选用较低温低刚性关系的混合材料。

影响沥青混合料低温刚性的最主要因子是沥青的低温度刚性，而沥青的低温刚度也是判断沥青混合料的低温刚度的重要指标。

在相同油源的沥青中，只有高渗透性和低高温敏感性的沥青才有低温度刚性和高断裂韧性。

所以，在严寒地带，最好选用低温沥青、低温刚性和良好松弛特性的橡胶。

沥青质量得到了提高，沥青混合料的低温度抗裂性也逐渐改善，沥青混合料有好的耐磨性、低温冻融热损失和低温吸水性。

同时具备上述特点的集料颗粒在低温下强度不变，而吸水类颗粒的抗拉强度则在低温下逐渐减小。

这也就是用于粘合的沥青质量低于非吸收类骨材混合物中的沥青。

若设计的混合材料有良好的抗融性，那么混合材料中所用骨材的灰浓度，对低温特性的影响就微乎其微。

因此通常，密级配沥青混凝土材料的低温下拉伸强度优于开级配沥青混凝土。

但是，大尺寸和孔隙率沥青混合料较少，应力松弛和热应力降低的能力非常小。

两种沥青混合料与裂缝开裂程度之间没有显著相关性。

孔隙率：不同孔隙率沥青混合料的热应力试验表明，孔隙率越低，断裂温度越低，但温度应力差越大，但差异不显著。

孔隙率越低，热负荷越大。

四、小结
近年来，随着经济的快速发展，交通流量迅速增加，交通渠化明显，大型车辆、重型车辆和超载车辆的比例逐年增加。

在国内外，特别是经过几十年的国内外高速公路建设，沥青的耐久性和严重的早期损坏是两大问题。

道路损失有多种类型和形式，一般来说，高质量路面的损伤包括腐蚀、裂缝（疲劳裂缝、低温裂缝、反射裂缝）和一些新的损伤类型。

因此，道路部门仍要加大对沥青材料的探索。

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