瀝青路面低溫開裂問題的探討

徐 覓

(新疆道路橋梁工程總公司第一工程處)

0 引言

無接縫的連續式瀝青路面用于高等級公路建設中具有足夠的力學強度、行車平衡、舒適、振動小、噪音低及便于維護等優點而備受重視，國內目前所建設的高級公路中瀝青路面所占高達75%，但隨著交通量的日益增長，瀝青路面中的膠凝材料的力學性能受溫度和作用時間的影響很大，最終導致其在行車荷載及其他自然因素的作用下表現為不同形式的病害，其中低溫開裂則是病害中常見的一種，一旦發生該病害則會嚴重影響瀝青路面的路用性能的發揮，因此對低溫開裂進行深入探討并采取措施進行防治對延長路面使用壽命具有重要意義。

1 瀝青路面低溫開裂機理

通常認為瀝青路面低溫開裂有兩種方式，一是由于氣溫驟降導致面層溫度降低，而瀝青內層產生的溫度應力超過其抗拉強度時則導致開裂。正常溫度條件下瀝青混合料具有良好的應力松弛性能，因此當給其一定的應變則因此產生的應力將隨時間延長而松弛，在一定溫度范圍內因溫度降低產生的拉應力會因應力松弛而降低，因此不會導致裂縫產生，而當出現寒流則由于過快的溫降而使瀝青面層來不及松弛所產生的應力，該現象在面層與基層附著不好的情況下表現更為明顯。并且由于溫度下降，混合料的應力松弛性能降低導致應力積聚過大而產生裂縫。而一旦表層開裂隨著持續低溫或另一次溫降的到來，在裂縫尖端部位又會產生較大的應力集中，因此將導致裂縫向下延伸最終穿透整個瀝青面層。

另外一種原因是溫度疲勞裂縫，低溫裂縫的面層在氣溫回升后裂縫將彌合，到寒冷季節則又重新收縮，收縮過程中若面層與基層摩擦力小則裂縫將變寬，若摩擦力大則會產生新的裂縫，該現象是由于溫度疲勞循環導致，溫度的反復升降導致混合料的拉伸應力變小，加上瀝青老化使其勁度增高，應力松弛能力下降，因此可在溫度較最初一次低溫較高的溫度下也產生開裂，因此該種裂縫也成為溫度疲勞裂縫。

2 低溫開裂影響因素

2.1 材料因素

瀝青。溫度敏感度相同的瀝青針入度大即較稀薄的品種具有較低的勁度模量，因此其較較稠的瀝青所產生的裂縫較少;瀝青的溫度敏感度越低則其在低溫狀態下不易開裂，并利于瀝青路面的低溫穩定性。

骨料。采用吸水性強的骨料易形成低溫裂縫，而內摩阻力高、凍融損失低于吸水率小的集料可使路面具有更大的抗橫向開裂能力，其在低溫情況下強度也不會發生大的變化，因為吸水率低的骨料在混合料內可起到粘接作用的膠結料較非吸水性集料混合料中的膠結料少。

礦料組成。不同級配的混合料的溫度應力正常存在較大差異，尤其是粗粒徑、空隙率大的混合料內不孔隙較多，其應力松弛極限溫度降低，導致溫度應力減小，而中粒式較細粒式溫度應力小，瀝青碎石或貫入式溫度應力較瀝青混凝土小，因瀝青混合料內加入礦粉可增大粘度而易導致開裂。

2.2 面層厚度

采用相同的瀝青其路面厚度大的同厚度小的不易產生裂縫，試驗表明當瀝青面層厚度從10.16cm增加到25.4cm時裂縫產生率降低了60%，同時試驗表明質量好的瀝青即使面層較薄產生裂縫的幾率也較小，而質量差的瀝青則即使厚度大也易產生裂縫;但瀝青在最佳含量范圍內浮動時對混合料的低溫縮裂性能無影響，提高瀝青含量可增大溫度收縮系數，但會導致勁度降低。

2.3 環境因素

瀝青路面的性質隨溫度和加荷時間而發生變化，即在不同的溫度和加荷方式下路面具有彈性、粘彈性和塑性的性質，瀝青路面在低溫、短時間荷載作用下接近于彈性，隨著溫度升高而逐步接近于塑性體，而瀝青路面變形由其粘滯性所決定，同時因瀝青的粘度受溫度影響非常大，隨溫度升高粘度下降，而在低溫時其又表現為硬脆固體。而溫降是低溫縮裂的直接原因，溫度降速越大，混合料的收縮應變也速率也越大，材料的應力松弛性能則越難以發揮，面層內急劇的溫度應力越高，則越宜發生開裂，同時即使一次溫降未產生開裂，但面層在低溫環境下混合料內部也將發生微裂縫，隨著時間推移微裂縫不斷擴展而發展為裂縫;溫度較高的環境內隨著反復的溫度升降循環，隨產生不高的溫度應力，但材料的破壞應變將降低，同時由于材料老化因素易由于疲勞而發生開裂。

2.4 基層因素

半剛性基層的級配碎石、瀝青穩定碎石等熱容量小，其與瀝青面層的粘接性能差，同時由于其本身收縮的影響而易生成裂縫，基層與面層的附著性差則會使面層有一定的自由收縮變形的余量，因此混合料的應力松弛性能不能得到充分發揮，所產生的溫度應力也無法傳遞到基層而在面層內積聚而導致面層開裂;基層含水量大則干縮裂縫也大，瀝青面層的裂縫也越多;而土基對瀝青面層的開裂有較大影響，由于土基熱容量對溫縮裂縫有明顯影響，而凍脹性土的熱容量較大所以開裂現象較少。

2.5 路齡與交通量因素

隨路齡增加低溫開裂現象不斷加強，縫寬也不斷加大，縫距不斷縮小，主要是由于瀝青老化、勁度增加、極限拉伸應變減小以及溫度反復作用導致的疲勞的結果，因此在交通量小的慢車道、路緣帶等部位均有發生，同時由于荷載的揉搓壓實，交通量大的路段內產生溫縮裂縫的開始時間較早，但隨著路齡的增長和車輛荷載的反復作用將導致裂縫的增長加快。

3 防治措施

3.1 面層厚度

增加面層厚度可有效防止裂縫的生成，并且能減緩半剛性基層裂縫向上擴展的速度，同時面層厚度的增加則導致道路彎曲剛度的增加，因此由交通荷載引發的應力相對減少;較厚的面層可減少基層內溫度變化，由溫度荷載誘發的罩面層內的拉應力也隨之減少，但面層過厚則導致經濟不合理以及車轍嚴重現象。

3.2 材料控制

由于稠油瀝青在低溫時可承受較大的拉伸應變，并有較低的勁度模量，因此其抗裂性能高許多，因此在選擇瀝青時應充分考慮其勁度，并以此來保證混合料的勁度，實驗表明當接近最低使用溫度時，瀝青結合料的進度不超過200Mpa時其開裂現象很少。

3.3 鋪設夾層

0級配碎石層。具有一定厚度的優質級配碎石層在很大程度上能夠防止和減少半剛性基層反射裂縫，并且級配碎石層還具有較好的排水功能。級配碎石層具有20%～35%的空隙率可提供類似散逸運動的方式把交通荷載與環境溫度作用所引起的半剛性基層運動消散。

土工織物或格柵層。土工織物之類材料可發揮隔離、軟弱夾層的作用，并可增大基層內的垂直裂縫沿界面向水平方向發展的可能性，從而延緩裂縫反射到路表的時間。

應力吸收層。采用的中間夾層通常具有較低的彈性模量且能承受很大的應變而不破壞，在路面結構中它能依靠自身的塑性變形來吸收應力而不致把很大的應變傳遞到面層上。

3.4 施工控制

施工個過程中應嚴格控制半剛性基層施工碾壓時的含水量，保證其不超過壓實需要的最佳含水量或控制在施工規范容許的范圍內。半剛性基層碾壓完成后，要及時養生。半剛性基層碾壓完成后或最遲在養生結束后應立即用乳化瀝青做透層或封層。透層或粘層完成后，應盡快鋪筑瀝青面層。在施工過程中應對路面充分碾壓，壓實度達98%以上，施工結束時的殘余空隙率應小于6%，對鉆芯取樣的孔應仔細回填以免留下缺陷;采用收縮系數小、低溫不易開裂的標線漆;做好接縫，避免冷接縫及與排水井等人工構造物的接頭。

3.5 設計控制

首先應選用抗沖刷性能好、干縮系數和溫縮系數小、抗拉強度高的半剛性材料做基層。選用松弛性能好的優質瀝青做瀝青面層。在缺少優質瀝青的情況下應采取改善瀝青性質。在穩定度滿足要求的前提下，優先選用針入度較大的瀝青做瀝青面層，盡量采用密實型瀝青混凝土。采用合適的瀝青面層厚度，確保半剛性基層在使用期間一般不會產生干縮裂縫和溫縮裂;由于不同級配的混合料的溫度應力增長形式有較大差異，粒徑粗的、空隙率大的混合料內部微空隙較多，應力松弛極限溫度降低，使溫度應力有所減小，中粒式比細粒式的溫度應力減小;若在瀝青混合料中加入礦粉則最終結合料的粘度比瀝青單體的粘度要大，并且粘度的溫度敏感性也大，比游離的瀝青單體本身容易開裂。

4 結語

導致瀝青低溫開裂的因素多樣，在分析時不應從某個方面或因素進行片面解釋，而應從全方位、施工全過程進行全面分析，才能最終防治裂縫的發生，保證真個路面的施工質量，實現路面的使用功能及其經濟效益。

［1］ 林銹賢.柔性路面結構設計方法［M］.人民交通出版社，1988.

［2］ 沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能［M］.北京:人民交通出版社，2001.

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