环境因素对沥青路面的影响概述

环境因素对沥青路面的影响概述

摘要：自然环境对公路的影响主要表现在温度和水的破坏两方面，同时大气中的空气、阳光对沥青路面也有重要影响。气温能引起路面各种裂缝；沥青路面的高温稳定性受温度的影响很大：随着温度的升高，沥青的黏滞度降低，沥青混合料的黏聚力也随之降低。并且由温度湿度的综合作用还会产生冻胀、翻浆等病害。可见，环境因素是影响沥青路面性能的重要因素。

关键字：环境因素；温度；湿度；水损坏，强度

0 前言

路面早期破损已成为沥青路面的主要危害之一，早期病害一旦出现，维修起来不但费时费力，而且影响公路的正常使用，所以对于高速公路路面的各种病害应以预防为主，为有效预防病害发生，必须深入研究各种病害的形成机理、预防措施和处治方法[1]。而路面结构完全处在自然环境中, 经受着持续变化的外界环境因素( 如外界气温、太阳辐射、地面反射等) 的影响,再加之行车荷载的反复作用, 经过一段时间的使用, 使用功能更是大大受损。特别是随着交通事业的迅速发展,交通的迅猛增长, 载重车辆比例增加,车辆超载现象日趋严重,致使路面产生早期破坏, 如网裂松散、上面层脱落、坑槽、沉陷。因此，我们应注重环境因素对路面结构的影响及破环，尽量从一开始就改善路面所属环境，从根源上为路面结构功能的实现构造良好前提。

自然环境对公路的影响主要表现在温度和水的破坏两方面。同时大气中的空气、阳光对沥青路面也有重要影响。

根据观测资料可知，由于路面对太阳辐射热的吸收作用，沥青路面的最高温度可比气温高出23℃，阳光、温度、空气等大气因素可以引起沥青路面的老化，使沥青丧失黏塑性。路面变得脆硬、干涩、暗淡而无光泽，抗磨性能降低，在行车荷载作用下相继出现松散、裂缝以至大片龟裂。日照愈强烈、气温愈高、空气愈是干燥和流通，则路面老化速度愈快。

1 气候与环境对道路工程作用的特殊性

首先，道路在在空间上呈带状延伸，是一个带状结构物，跨越不同的地质，

水文地质地段，不象其他土木建筑只占据空间一个点，地基可通过人工处理，而道路的不良地基则不可能完全靠人工处治。其次，路基路面直接暴露在大气之中，经受着持续变化的外界环境因素( 如外界气温、太阳辐射、地面反射等) 的影响。第三，道路结构本身的材料组成复杂具有复杂性。道路结构是一个由不同材料层与材料组成的层状结构。各层材料热物理系数不同、强度与模量不同，对温度，水和适应热胀冷缩、在不同温度湿度下的化学反应产生的化学力及行车荷载产生的应力反映不同，彼此互相影响，互相牵制，组成复杂的结构受力体系。第四，路面承受着复杂荷载多次不均匀的重复作用，而且动载和静载对支承结构产生的效果是不一样的，这进一步提高了对路面结构性能的要求标准。

本文中所提到的气候包括温度和降雨，而道路上主要指冰冻作用和雨量。所提到的环境主要指：日照、大气温度、湿度、PH值、空气中对道路影响最大的化合物成分。综合而言，本文中道路设计需要考虑的气候与环境主要指：温度、湿度、水份、冰冻。并且，其中对道路危害最大的是水、温度作用。因为道路的强度和刚度会随着道路所处的温湿环境而变化：沥青层弹性模量降低，路基刚度下降。再由温湿综合作用还会导致道路结构体积变化，紧跟着会发生冻胀、翻浆等破坏，严重影响道路的使用功能。

2 温度变化和湿度变化对路基路面结构的影响

路基路面材料的强度和刚度随其温度和湿度的变化而变化。路基路面材料的体积也随路基路面结构内温度和湿度的升降而产生膨胀和收缩，当这种胀缩受到约束时便产生温度应力和湿度应力，进而对道路结构破坏性作用。

影响路面结构内温度状况的主要分为以下两种因素：外部条件：主要是气候条件，如太阳辐射、气温、风速、降水量和蒸发量等。其中主要是太阳辐射和气温。内部因素：路面各结构层材料的热物理特性参数，如热传导率、热容量和对辐射热的吸收能力等。

2.1温度对道路的影响

2.1.1气温引起路面裂缝

骤然降温的影响：冷空气、大雨、夕阳的影响这三个因素出现会导致沥青混凝土路面的表层温度大幅度下降,而其内部的温度下降得相对较慢,这样就使路面内外温度形成差距,造成拉应力变化从而导致裂痕。若道路所在当地气温昼夜温

差大，就会使路面长期经受反复的膨胀和收缩，使物质内部的组织结构发生变化。随着气温的降低，沥青的黏滞度增高，强度增大，变形能力降低，此时易出现脆性破坏。气温下降，特别是急骤降温时，沥青层受基层的约束而不能迅速收缩就会生产很大的温度应力，若累计温度应力超过沥青混合料的极限抗拉强度时路面便会开裂。在高温条件或荷载作用下，沥青路面会产生变形，其中不能恢复的部分形成车辙病害。如果得不到及时、恰当的维修，路面车辙病害将加剧路况的恶化，直接威胁行车安全，也会大大缩短沥青路面使用寿命。

如果路面的基层为半刚性基层，由于其自身刚度大，抗变形能力较差，在温度骤然下降时会产生收缩变形，而其下卧层（土基或底基层）与该层之间的摩阻作用抑制了其收缩，从而在该层内部产生拉应力，当此应力超过其抗拉强度时基层就会产生裂缝。半刚性基层开裂以后，在沥青面层与半刚性基层间的裂缝处会形成一个“薄弱点”，该点在荷载应力与温度应力的共同作用下会使沥青面层底面产生应力集中。如果沥青面层较薄，则会引起开裂，随之在行车和大气因素的反复作用下，裂缝逐渐向上扩展。直至沥青层表面。这种裂缝称为反射裂缝，它一般为横向裂缝。

四季温差的影响：因冬季气温下降引起沥青路面或基层收缩而产生的裂缝，其路面裂缝的原理与上述相同，一般为与道路垂直的横缝。基层干缩或冻缩产生裂缝以横缝居多。另外，沥青混合料碾压温度太高或速度太快也会产生横向裂缝。

对于已出现的裂缝，应采取以下措施：对较小的纵缝和横缝，一般用灌注热沥青材料加以封闭处理。对于较大的裂缝。则用填塞沥青石屑混合料处理。对于大面积的龟裂、网裂，通常采用加铺封层或沥青表面处置的方法进行处理。网裂、龟裂严重的路段在补强基层后重新翻修，沥青面层常有因基层施工质量不高而引起的反射裂缝。因此，在基层施工中，及时的养护、良好的接头处理及整体强度是有效防治沥青面层反射裂缝的有效方法之一。为了延缓和减少反射裂缝的发生，可采取以下几种措施：①选用符合“重交通道路石油沥青技术要求”的沥青，或采用实践证明行之有效的改性沥青；②采用适当的沥青面层厚度，或在沥青面层与半刚性基层之间设12cm～15cm的碎石过渡层；③当采用二灰稳定粒料或灰土稳定粒料时，集料含量应控制在75％-85％，以增强抗裂性能；④在半刚性基层顶面或沥青层之间设置各种土工合成材料，或者提高沥青混合料的抗拉强度和