淺析氣候條件對瀝青混凝土路面的損壞機理

黃緒嶺 張宜偉

(長安大學 公路學院，陜西 西安 710064)

0 引言

影響路面性能的原因有內(nèi)因和外因兩個因素。內(nèi)因取決于所用的原材料的類型、路面結(jié)構(gòu)和施工水平等情況，外因有日光輻射，地理緯度，溫度，降水等因素。建成后的瀝青路面便完全處于自然環(huán)境中，受到各種自然因素的影響，氣候因素對它的影響是最大的。瀝青路面為了保證它的使用壽命，必須適應(yīng)當?shù)貧夂驐l件。

1 中國各地氣候特點

大陸性季風氣候顯著:冬季，我國是世界同緯度上最冷的地方;夏季，我國大部分地區(qū)又是世界同緯度上除沙漠地區(qū)以外最暖熱的地方。因此，我國大部分地區(qū)的氣溫年較差比世界同緯度地區(qū)偏大。我國大部分地區(qū)降水的季節(jié)變化和年際變化也都較大。這些都說明我國的季風氣溫具有顯著的大陸性特點。雨熱同期:夏季，我國除高原、高山外，南北普遍高溫，而且比世界同緯度的許多地區(qū)氣溫偏高。夏季，由于海陸熱力性質(zhì)差異大，使我國東部大部分地區(qū)降水量多，雨熱同期。氣候復雜多樣:我國既有多種多樣的溫度帶，又有多種多樣的干濕地區(qū)，加上地勢高低懸殊，地形多樣，更增加了我國氣候的復雜多樣性。這樣就決定了我國不同地區(qū)瀝青路面的受氣候損壞的原因也不同。

1.1 氣候分區(qū)

1997年，沈金安制定了一個道路瀝青及瀝青混合料的氣候分區(qū)，這一分區(qū)被納入了《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF40-2004)，其主要目的是為瀝青混合料設(shè)計服務(wù)。

1.2 氣候條件與瀝青性能

SHRP 研究成果中將瀝青的野外性能和室內(nèi)分析建立了直接關(guān)系，把瀝青的性能跟氣候條建立關(guān)系，通過控制車轍、低溫開裂、疲勞開裂進行瀝青路面性能的驗證。

2 雨水破壞

2.1 雨水對路面破壞機理

瀝青路面的水破壞現(xiàn)象都十分普遍。雨水進入瀝青面層之后，在眾多高速行使車輛反復影響下可能產(chǎn)生水損壞。在降水過程中，雨水會進入并滯留在表面層瀝青混凝土的孔隙中。在大量快速行車的作用下，不斷產(chǎn)生的動水壓力使瀝青從碎石表面剝落下來，局部瀝青混凝土變成松散，碎石被車輪甩出，導致路面坑坑洼洼。由于瀝青路面表層的施工時，片面追求平整度，忽視了壓實度，使表面層混合料的空隙率過大。如果一場大雨過后，所產(chǎn)生的坑洞絕大部分是表面層的坑洞，深入中面層和底面層的坑洞只是少數(shù)。由于瀝青混凝土的不均勻性，坑洞總是首先在局部瀝青混凝土空隙率較大處產(chǎn)生，因此它是隨機分布的一個個孤立的坑洞。

2.2 酸雨的影響

降水中的化學成分對瀝青混合料的化學腐蝕作用。隨著社會工業(yè)化的發(fā)展，工業(yè)廢氣的大量排放導致了大氣酸度增加，造成了酸雨現(xiàn)象。但對于路面材料的腐蝕缺卻沒有引起足夠的重視?；旌狭显谒岣g環(huán)境下，由于水中的氫離子與集料發(fā)生化學變化，即酸雨中的H+溶解了集料中的堿性氧化物K2O，CaO，MgO 等，導致集料組分流失，形成微小空隙，使得混合料空隙率增加。

3 日光輻射影響

在一不同的施工條件和環(huán)境的影響下，瀝青出現(xiàn)了一些性能上的變化，變得硬脆，使路面變脆，加速路面裂縫、水損害等病害的發(fā)生。瀝青路面，由于受太陽光輻射吸熱變軟，長期受車輪壓力的影響，較容易產(chǎn)生凹凸不平，由于地表直接吸收太陽輻射，在強烈陽光照射下，地表就會升溫很快，而且溫度的高低和地面的性質(zhì)有關(guān)。

4 溫度影響

瀝青是一種溫度敏感材料，導致各方面性能隨溫度的變化很大，這是熱量因素對瀝青混凝土路面產(chǎn)生影響的根本的原因。瀝青是一種吸熱材料，它對太陽熱輻射的吸收率很高，達到0.80～0.95。夏季，在太陽的持續(xù)熱輻射作用下，大量熱量被瀝青路面吸收并在瀝青面層中得到蓄積，造成瀝青路面溫度遠遠高于氣溫，高溫條件加速了瀝青的氧化反應(yīng)，加快了瀝青的老化;極端最低地表溫度和極端最低氣溫相差不大。每天溫度的循環(huán)在路面中產(chǎn)生的應(yīng)力循環(huán)，會直接導致溫度疲勞裂縫的產(chǎn)生。

4.1 高溫影響

服役過程中環(huán)境的高溫使瀝青混合料中瀝青變軟，在重型車輛的碾壓下會使得混合料中集料發(fā)生位移，位移的累積會導致路面變形，直接表現(xiàn)為車轍病害;若各面層粘結(jié)措施不好，在高溫下集料的位移還會沿著行車方向進行，直接表現(xiàn)為推移病害。

4.2 低溫影響

當瀝青路面溫度降低時，瀝青粘滯度增高，因而強度增大，強度隨溫度而變化的幅度很大，相差幾倍甚至幾十倍。氣溫下降，特別是在急驟降溫時，會在路面結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生溫度梯度，路面面層遇降溫而收縮的趨勢會受到其下部層次的約束，在面層產(chǎn)生拉應(yīng)力。當拉應(yīng)力超過瀝青混凝土的強度時，就會造成面層開裂。

4.3 多個因素綜合作用

瀝青混合料孔隙中的水與瀝青之間相互作用，使瀝青的粘結(jié)力下降，導致瀝青混合料的強度降低，進入瀝青薄膜層與礦料間隙的水，使瀝青從礦料表面剝落。兩方面的相互作用，再加上車輛與凍融循環(huán)的交互作用，瀝青混凝土路面就會破壞。

5 結(jié)束語

通過分析各種氣候因素對瀝青混凝土路面損壞的影響，得出降水、日光輻射、高低溫度以及它們的綜合因素對路面的損毀。這樣可以方便我們在進行道路建設(shè)的時候，綜合考慮氣候的影響，達到能夠增加公路的使用壽命。

［1］沈金安.道路瀝青及瀝青混合料的氣候分區(qū)及關(guān)鍵性技術(shù)指標［J］.中國公路學報，1997，10(1).

［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.

［3］沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預防［M］.北京:人民交通出版社，2001.