沥青路面高温稳定性和低温抗裂性分析

沥青路面高温稳定性和低温抗裂性分析

沥青混合料作为沥青路面材料，在使用过程中要承受行使车辆荷载的反复作用，以及环境因素的长期影响。所以沥青混合料在具备一定的承受能力的同时，还必须具备良好的抵抗自然因素作用的耐久性。也就是说，要能表现出足够的高温环境下的稳定性、低温状况下的抗裂性、良好的水稳定性、持久的抗老化性和利于安全的抗滑性等特点，以保证沥青路面良好的服务功能。

1、沥青路面高温稳定性的损坏

沥青路面高温稳定性习惯上是指沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。稳定性不足的问题，一般出现在高温、低加荷速率以及抗剪切能力不足时，也即沥青路面的劲度较低情况下。其常见的损坏形式主要有：

1）推移、拥包、搓板等类损坏主要是由于沥青路面在水平荷载作用下抗剪强度不足所引起的，它大量发生在表处、贯入、路拌等次高级沥青路面的交叉口和变坡路段。

2）车辙。对于渠化交通的沥青混凝土路面来说，高温稳定性主要表现为车辙。随着交通量不断增长以及车辆行驶的渠化，沥青路面在行车荷载的反复作用下，会由于永久变形的累积而导致路表面出现车辙，车辙致使路表过量的变形，影响了路面的平整度；轮迹处沥青层厚度减薄，削弱了面层及路面结构的整体强度，从而易于诱发其它病害；雨天路表排水不畅，降低了路面的抗滑能力，甚至会由于车辙内积水而导致车辆飘滑，影响了高速行车的安全；车辆在超车或更换车道时方向失控，影响了车辆操纵的稳定性。可见由于车辙的产生，严重影响了路面的使用寿命和服务质量。

3）泛油是由于交通荷载作用使混合料内集料不断挤紧、空隙率减小，最终将沥青挤压到道路表面的现象。如果沥青含量太高或者空隙率太小这种情况会加剧。沥青移向道路表面令路面光滑，溜光的路面在潮湿气候时抗滑能力很差。沥青路面在高温时最容易发生泛油，因此限制沥青的软化点和它在60℃时的粘度可减少泛油情况的发生。

2、沥青路面高温损坏的原因

影响沥青路面车辙的因素主要有集料、混合料、混合料类型、荷载、环境等：①产生变形会贯穿整个路面结构，实际上沥青混合料的热传导性很低，大部分是

属于磨耗层的塑性变形，这可在动态或静止的交通荷载情况下发生，尤其是由于刹车、起动加速或车辆转弯而产生了剪切应力。影响塑性变形的首要因素是沥青混合料的成分，塑性变形在高温使用下最大，60℃可以视为现场的最高允许温度，在这温度重复的短暂载荷所累积的效果有赖于沥青的粘度。使用耐热性低的沥青是降低沥青混合料耐热性和抗剪切变形能力的最重要的因素之一。②沥青混合料塑性：塑性越大，抗剪强度就越低，高温下抗变形的能力就越小。塑性取决于沥青混合料的种类和级配，以及沥青混合料中沥青与矿粉的比例。在一般情况下，细骨料的沥青混合料比粗骨料的塑性大，碎石数量少的沥青混合料比碎石多的塑性大；混合料中自由沥青越多，塑性越大；空隙率小的混合料比空隙大的高温塑性要大。③矿料级配：沥青混合料的矿料级配，对路面抗剪强度的影响很大。矿料级配选择良好的碎石沥青混凝土（中粒式、细粒式）比一般使用的沥青砂塑性小得多，因此抗剪强度较高。沥青混合料中，起骨架作用的碎石颗粒必须有足够数量，才显示出较大的内摩擦力和抵抗变形能力。对沥青混合料抗剪强度影响很大的第二个级配因素是矿粉的数量，或者说矿粉与沥青的比值。在一定的范围内，其比值越大，则抗剪强度和抵抗变形的能力愈高；沥青用量过多，则沥青混合料的抗剪强度将急剧下降。当矿粉与沥青比例一定时，较多数量的矿粉将引起沥青混合料抗变形能力的降低。具有一定级配的矿粉对提高沥青混合料的抗变形能力将起积极影响。矿粉过粗，矿质混合料空隙率增大，为保证耐久性，必然用过量的沥青填充空隙。过量的沥青将导致剪切强度的下降；如果矿粉过细，沥青混合料不仅易结团使和易性变坏，而且矿粉中也不能形成骨架。因此，沥青混合料的抗剪强度仍较低。

3 沥青混合料的低温抗裂性

低温抗裂性是指沥青混合料不出现低温脆化、低温缩裂、温度疲劳等现象，从而导致出现低温裂缝的性能。

3.1 沥青路面低温下的裂缝类型

横向收缩裂缝位于路面面层的沥青混合料结构层，直接受到气温变化的影响，待温度应力积累到超过沥青混合料的极限抗拉强度时，路面就将出现裂缝，以便将应力释放出去。另外，接近表面的沥青比内部沥青更易老化。沥青混合料的极限拉伸应变小，应力松驰性变差，也是容易产生裂缝的一个重要因素。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的。反射裂缝在我国，还存在第三种模式的裂缝，那就是由于水泥、石灰、粉煤灰稳定类的半刚性基层的收缩中，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，使温度裂缝较多地产生。这些裂缝实际上是温缩裂缝和半刚性基层收缩裂缝的反射裂缝的反射性裂缝的综合裂缝。冻缩裂缝冻缩裂缝主要是路基冻脹及收缩产生的开裂。这种裂缝在路面与路肩交界处最常见。

3.2 影响沥青混合料低温抗裂性的因素影响沥青混合料低温抗裂性的主要因素有：材料特性如沥青的感温性、感时性、老化性能等，路面结构几何尺寸如面层的厚度等，气温等环境因素如温差等。沥青混合料低温抗裂性的改善措施混凝土的低温变形能力在很大程度上取决于沥青材料的低温性质、沥青与矿料的粘结强度、级配类型以及沥青混合料的均匀性。应从设计与施工两个方面来进行考虑。设计方面①在进行半刚性路面设计时，首先应选用抗冲刷性能好、干缩系数和温缩系数小、抗拉强度高的半刚性材料做基层。②选用松弛性能好的优质沥青做沥青面层。在缺少优质沥青的情况下，应采取改善沥青性质的措施。③为进一步提高表面层抗温度裂缝性能，可采用橡胶沥青或聚合物沥青在沥青混凝土表面做一封层。④设置应力消减的中间层。施工方面①严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量，其不能超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范容许的范围内。②半刚性基层碾压完成后或最迟在养生结束后应立即用乳化沥青做透层或封层。③透层或粘层完成后，应尽快铺筑沥青面层。

4：结束语

沥青混合料是一种典型的粘—弹性材料，它的承受能力或模量随着温度的变化而改变。沥青混合料不仅应具有高温的稳定性，同时还要具有低温的抗裂性，以保证路面在冬季低温时不产生裂缝。目前国内外都已经注意到混合料开裂的严重性，并从沥青路面的横缝调查入手，进行了研究。这已引起了我国道路工作者的普遍关注，相信日后一定会找到解决的方法。

参考文献：

[1]郭忠印.沥青路面施工与养护技术.北京，人民交通出版社，2003.

[2]路基路面工程.宋金华，张彩利，张雪华主编.北京，人民交通出版社，2006.9.