瀝青路面路用性能的影響因素評(píng)價(jià)綜述

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

前言

瀝青道路因自身路用性能高的優(yōu)點(diǎn)成為了道路交通運(yùn)輸?shù)某Ｓ幂d體。但隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各高速公路的交通量和車輛荷載都迅猛增加，給路面造成較大負(fù)擔(dān)，極易引起路面變形及表面磨光，不利于汽車的安全駕駛。一般情況下，瀝青路面除了受交通荷載作用，還受其它環(huán)境因素的影響。其中，以水與溫度對(duì)瀝青路面路用性能和結(jié)構(gòu)性能的影響最為顯著。因此，修建的瀝青路面不僅需要滿足交通作用的基本要求，還得適應(yīng)所在地區(qū)的自然環(huán)境。本文通過對(duì)交通荷載、溫度與水在瀝青路面結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理的描述與分析，再從路面自身材料特性出發(fā)，討論了集料與瀝青對(duì)瀝青混凝土路用性能的作用，以此更加全面地評(píng)價(jià)瀝青路面各性能的影響因素。

一、瀝青路面破壞現(xiàn)象

瀝青路面表面磨光、縱向裂縫、沉陷、推移以及水損壞等是瀝青道路的幾個(gè)較為常見的破壞現(xiàn)象。隨著科技的發(fā)展及施工技術(shù)的提高，這些病害得到了一定的控制，但并未從根本上得以解決。例如，一些新修的高速公路在通車后不久就出現(xiàn)發(fā)生破壞，主要表現(xiàn)為水損壞，給道路的修建與養(yǎng)護(hù)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

水損壞主要與行車荷載、水、溫度以及瀝青路面集料內(nèi)部的清潔度等因素有關(guān)。因路面材料多孔介質(zhì)特性，雨水在瀝青路面內(nèi)部重新分布并聚集。交通荷載的不斷作用，對(duì)路面空隙中水分產(chǎn)生了連續(xù)的動(dòng)水壓力沖刷，使得水分逐漸擴(kuò)散至瀝青與集料的界面，集料顆粒之間粘結(jié)力逐漸減弱[1]；部分水與集料間泥土發(fā)生泥化，也不利于瀝青對(duì)集料顆粒的粘結(jié)，降低了路面的結(jié)構(gòu)性能。

二、交通荷載、水與溫度對(duì)路面路用性能的影響

交通荷載、溫度與水的耦合作用易對(duì)瀝青路面造成破壞。

(一)交通荷載作用。一般而言，行車超載是引起路面變形與破壞的直接原因。荷載過大，超過了瀝青路面的抗拉強(qiáng)度，會(huì)在內(nèi)部出現(xiàn)損傷，形成裂縫。在荷載的循環(huán)作用下，裂縫逐漸擴(kuò)展，最終破壞了路面結(jié)構(gòu)，路面的使用壽命減少。

(二)溫度作用。當(dāng)處于夏季時(shí)，長時(shí)間的高溫作用，導(dǎo)致路面出現(xiàn)泛油、車轍、推移等病害；在冬季，由于極端天氣，出現(xiàn)低溫或凍融循環(huán)的時(shí)候，瀝青路面易產(chǎn)生低溫裂縫等病害[1]。在新疆等地區(qū)，由于晝夜溫差過大，引起路面內(nèi)外部不同程度的熱脹冷縮。夜間，表面層受低溫作用，路面可能產(chǎn)生反射裂縫等現(xiàn)象，對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部造成破壞。由于該地區(qū)常年低溫，對(duì)瀝青混凝土的低溫抗裂性能要求較高。溫度裂縫不僅會(huì)降低路面的平整性，對(duì)行車的舒適與安全產(chǎn)生影響，還易使降水直接進(jìn)入瀝青路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由此引起一系列病害。

(三)水的作用。通常水與溫度會(huì)同時(shí)作用，對(duì)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞。在季節(jié)性冰凍地區(qū)，瀝青路面內(nèi)部結(jié)構(gòu)的水分在正負(fù)溫度的交替作用下重新分布并聚集[1]。當(dāng)在反復(fù)凍融作用下，瀝青路面內(nèi)部的水分不斷發(fā)生集聚和消散的現(xiàn)象，因水分凍脹產(chǎn)生擠壓，加大了瀝青混凝土結(jié)構(gòu)損傷，性能劣化[1]。為減少凍融損傷作用，可在瀝青混合料中均勻摻入冰點(diǎn)下降劑。

除了路面結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞時(shí)，不利于行車安全外，當(dāng)路表面被磨光后，同樣對(duì)交通安全不利。瀝青路面路表紋理對(duì)路面抗滑起著重要作用。紋理的磨光，會(huì)削弱路面對(duì)車輛輪胎的削剪切作用，降低行車的制動(dòng)效果。此外，水的作用還會(huì)顯著降低路面摩擦。降雨過后，汽車行駛與積水路面，由于瀝青路面與輪胎前進(jìn)方向的胎面所形成的不規(guī)則楔形水膜，減小了路面與輪胎的摩擦作用。當(dāng)水膜較厚時(shí)，車輛在運(yùn)動(dòng)過程中易出現(xiàn)打滑，甚至引起車輛側(cè)翻。

三、集料及瀝青

集料是瀝青混合料的骨架，瀝青作為粘結(jié)材料，將各骨料顆粒緊密連接在一起。

(一)骨料。粗骨料作為瀝青路面重要組成結(jié)構(gòu)之一，其強(qiáng)度與路面的破壞程度直接相關(guān)；骨料的最大尺寸影響瀝青路面的壓實(shí)和厚度；粗骨料形狀大小與棱角性的好壞與路面的抗滑能力緊密相關(guān)。因此，選擇高質(zhì)量的粗骨料對(duì)瀝青路面路用性能起著積極作用。瀝青混合料中的細(xì)骨料也會(huì)影響路面的抗車轍和抗疲勞開裂性能。其用量、形狀、表面紋理等影響瀝青和骨料之間的粘合，對(duì)路面的穩(wěn)定性發(fā)揮著重要作用。集料級(jí)配也會(huì)影響路面的剛度、穩(wěn)定性、滲透性、抗疲勞性、抗滑性、水溫性和耐久性。因此，須考慮集料的性質(zhì)以確保路面的長期性能。

(二)瀝青。瀝青中含蠟量越高，對(duì)路面抗滑越不利，且會(huì)降低瀝青與集料之間的粘結(jié)性能，增大瀝青脆性，易產(chǎn)生橫向裂縫。瀝青的勁度對(duì)路面的開裂問題也有重要影響。較大勁度的瀝青，在低溫下易開裂。

對(duì)于瀝青路面，首先要選擇合適的標(biāo)號(hào)瀝青作為粘結(jié)材料。在高溫地區(qū)，盡量選擇較硬且稠度大的瀝青；在常年低溫的嚴(yán)寒地區(qū)，需選用稠度小，低溫延度大的軟質(zhì)瀝青[2]。但一些地區(qū)晝夜溫差較大或者冬寒夏炎，選擇瀝青時(shí)，需要兼顧高低溫性能要求。為增強(qiáng)瀝青的各項(xiàng)性能，可在瀝青中添加一些改性劑，以減輕不同環(huán)境對(duì)瀝青路面的破壞。

(三)瀝青混合料路用性能。瀝青混合料的高溫抗車轍、低溫抗開裂、抗老化、水穩(wěn)，以及抗滑等特性與瀝青種類和含量、集料類型和級(jí)配，以及混合料的體積參數(shù)等因素有關(guān)?？赏ㄟ^對(duì)不同類型的瀝青混合料進(jìn)行車轍試驗(yàn)、凍融劈裂試驗(yàn)等，研究高溫作用、凍融循壞作用下混合料的變形特性與力學(xué)性能的變化規(guī)律。

四、瀝青路面的性能要求

瀝青路面作為道路交通的載體，同時(shí)溫度、降水等氣候以及交通荷載外部作用力的影響。這些因素極大地加快了路面的破壞。為增強(qiáng)瀝青路面的路用性能，瀝青各層面結(jié)構(gòu)需滿足各項(xiàng)性能要求[3]：基層水穩(wěn)定性、抗疲勞性等性能良好；下面層抗水損害能力和抗疲勞能力高；中間層抗車轍能力強(qiáng)；上面層的抗老化性、抗磨性高。若能嚴(yán)格控制瀝青混合料的壓實(shí)空隙率，或者加強(qiáng)瀝青材料本身的防水損壞性能，并強(qiáng)化路面的排水性能，可防止水分進(jìn)入到瀝青混合料內(nèi)部，減少水分對(duì)路面結(jié)構(gòu)的作用，延長路面的使用壽命。

五、結(jié)語

瀝青路面結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，不利于交通的正常運(yùn)行，易導(dǎo)致道路交通安全事故。通過闡述行車荷載、溫度與水在瀝青路面機(jī)構(gòu)內(nèi)部的作用機(jī)理，評(píng)價(jià)道路材料對(duì)路面性能的影響，發(fā)現(xiàn)集料與瀝青種類的選擇，以及集料的級(jí)配對(duì)瀝青路面的抗滑、耐久、水穩(wěn)等特性影響顯著。認(rèn)為將冰點(diǎn)下降劑均勻地混合于瀝青混合料中，可減小瀝青混合料中的水因結(jié)冰凍脹導(dǎo)致的凍脹力，避免或減少凍融損傷。此外，需采取相關(guān)措施，防止水分進(jìn)入到瀝青混合料內(nèi)部，減少因水的作用導(dǎo)致的路面結(jié)構(gòu)的破壞。

但目前，瀝青路面的破壞問題并未完全解決，道路的養(yǎng)護(hù)對(duì)延長瀝青路面的使用壽命意義非凡。當(dāng)發(fā)現(xiàn)瀝青路面出現(xiàn)磨光、裂紋、車轍、坑槽等病害現(xiàn)象時(shí)，需及時(shí)采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施，使道路經(jīng)常保持平整與完好。因此，通過對(duì)瀝青路面的不斷維護(hù)，可減輕路面的破壞程度，能在一定程度上保證道路交通的安全。