寒區(qū)道路瀝青混合料的低溫抗裂性能分析

于紀(jì)淼+方其杭+溫明君+于秋莉

摘 要：文章通過對瀝青混合料低溫性能指標(biāo)進(jìn)行探討，分析了提高寒區(qū)道路瀝青混合料的低溫抗裂性的措施。希望通過文章的分析能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：寒區(qū)道路；瀝青混合料；提高低溫性能措施

隨著道路建設(shè)的不斷完善，先期修建的道路逐漸出現(xiàn)了裂縫、剝落、坑槽、沉陷等道路病害。尤其寒區(qū)道路病害的存在不僅影響了道路的美觀，更破壞了路面結(jié)構(gòu)的整體性，使得路面結(jié)構(gòu)的承載能力下降，影響了道路的通行質(zhì)量。瀝青路面的破損有各種類型，其中裂縫主要有：疲勞裂縫、邊緣裂縫、塊裂、縱向裂縫、反射裂縫和橫向裂縫。其中高等級公路瀝青路面上常見的損壞現(xiàn)象主要有橫向裂縫、縱向及網(wǎng)狀裂縫。

季凍區(qū)熱拌瀝青混凝土路面早期破損形式主要是裂縫，在交通荷載和低溫應(yīng)力引起的拉應(yīng)力、剪應(yīng)力或兩者共同作用下發(fā)生擴(kuò)展，形成更具危害性的破損形式，引起路面的使用性能及交通服務(wù)功能下降。目前，國內(nèi)外的一些學(xué)者對季凍區(qū)道路病害產(chǎn)生的原因及作用機(jī)理進(jìn)行了深入的研究，并陸續(xù)提出了一些有效的防治措施。

1 寒區(qū)瀝青道路裂縫類型

本文以哈爾濱松北區(qū)典型路段道路病害為例進(jìn)行分析。松北區(qū)位于松花江漫灘區(qū)，地勢低平，地表沼澤洼地、牛軛湖發(fā)育。地形總趨勢為北高南低，地面高程一般在115～118m之間，局部沙壟、沙丘可達(dá)120m。地貌成因類型為堆積類，形態(tài)類型可劃分為松花江高、低漫灘。

松北區(qū)氣候?qū)俅箨懠撅L(fēng)性氣候，為北寒帶氣候條件，冬季長達(dá)五個(gè)月之久，春秋季節(jié)較短。年平均氣溫為5.7℃，極端最高氣溫為39.1℃，極端最低氣溫為-41.4℃；年均降雨量為523.3mm，降雨期集中在6-8月份；年平均蒸發(fā)量1508.7mm；最大凍深為2.05m，地面穩(wěn)定凍結(jié)日期為11月下旬，穩(wěn)定解凍日期為翌年4月中旬。冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，最大風(fēng)速為20m/s。

本地區(qū)氣候特點(diǎn)是冬季收極地大陸氣團(tuán)控制，嚴(yán)寒干燥；夏季受副熱帶海洋氣團(tuán)的影響，氣候炎熱多雨；春秋兩季因受冬、夏季風(fēng)交替影響，氣候多變，春季多大風(fēng)，降水少蒸發(fā)快，易發(fā)生干旱；秋季多發(fā)生寒潮侵襲，降溫急劇，易發(fā)生凍害。由于冬季降溫較快，水份易集聚形成聚冰帶，春季升溫緩慢，水分不易下滲，致使道路易發(fā)生凍脹、翻漿，對路基、路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

2 松北區(qū)瀝青混凝土路面破損情況

松北區(qū)瀝青混凝土路面破損情況比較適合按照《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中有關(guān)道路破損情況的裂縫類進(jìn)行分類和調(diào)查，裂縫類的破損類型分為龜裂、不規(guī)則裂縫、縱裂及橫裂。

對松北區(qū)各典型路段破損情況進(jìn)行了逐一的調(diào)查?？v向裂縫是指沿路面行車方向分布的長直裂縫，其方向與道路中心線大體平行。橫向裂縫是指垂直行車方向的裂縫，裂縫方向與道路中心線大體垂直。不規(guī)則裂縫是指裂縫分布沒有規(guī)律，且未圍合成小裂塊。而龜裂是指各種裂縫一起分割路面，形成不同的裂塊，依據(jù)縫寬及是否散落變形等分成輕、中、三個(gè)嚴(yán)重等級。在路面調(diào)查過程中，列入龜裂的不再列入不規(guī)則裂縫。

以上圖示是世茂大道道路病害的一部分，也是主要的部分。

3 提高瀝青混合料的低溫抗裂性能的幾個(gè)方面措施

3.1 瀝青的稠度及氧化速度

瀝青用在路上時(shí)的稠度是影響瀝青面層抗裂性能的一個(gè)重要因素。瀝青的溫度敏感性，周圍的氣候條件，瀝青用量及其抵抗硬化的能力都影響到瀝青面層裂縫出現(xiàn)和發(fā)展的速度。

瀝青在夏季的高溫穩(wěn)定性較差，容易產(chǎn)生轍槽。在瀝青中加硫可使瀝青混合料在高溫時(shí)有足夠的穩(wěn)定性，同時(shí)能降低溫低勁度以抵抗冬季的反射裂縫。

當(dāng)材料的極限應(yīng)變小于低溫時(shí)瀝青面層中產(chǎn)生的拉應(yīng)變時(shí)，瀝青面層就會產(chǎn)生受拉開裂。由此可以看到，在瀝青混合料拌和過程中保證瀝青不過多氧化（溫度不過高和加溫時(shí)間不過長）可以提高瀝青面層材料抗受拉極限開裂的性能。

3.2 混合料中的瀝青含量

受拉疲勞開裂的研究表明，瀝青含量從4.2%增加到6.2%可使密實(shí)瀝青碎石面層的疲勞壽命從10年增加到45年。瀝青含量高的混合料的抗永久形變性能可能不好，但是，將瀝青含量從規(guī)定的4.2%稍增加到4.7%，可以增大混合料的勁度，即改善穩(wěn)定度，它還可以使受拉疲勞壽命增加一倍。增加瀝青含量還可以使混合料更密實(shí)，使瀝青較不容易老化。

3.3 瀝青混合料的孔隙率

孔隙率明顯影響瀝青混合料的疲勞壽命。壓實(shí)得好的材料可延緩裂縫擴(kuò)展，還可以減輕路面使用過程中瀝青的硬化。用針入度為100的瀝青生產(chǎn)的密實(shí)瀝青碎石，其疲勞壽命會大大增加。由于熱壓式瀝青混合料的孔隙率較小，通常它優(yōu)于密實(shí)瀝青碎石。直接受拉疲勞試驗(yàn)表明，熱壓式瀝青混凝土磨耗層混合料的疲勞壽命是用相同等級瀝青的密實(shí)碎石磨耗層混合料的疲勞壽命的四倍。

開級配混合料的孔隙率大，抵抗受拉疲勞反射裂縫的能力差。進(jìn)行的試驗(yàn)表明，這種材料的疲勞壽命是密實(shí)混合料的1/2.5。開級配混合料表面層也較易產(chǎn)生溫度疲勞裂縫。

3.4 集料級配

在受拉疲勞作用下，集料級配對裂縫的擴(kuò)展的影響不大，較大尺寸的級配集料稍許會增加混合料的抗開裂能力。

4 結(jié)束語

結(jié)合瀝青低溫指標(biāo)的性能，對瀝青的稠度和氧化速度、混合料的含量以及壓實(shí)度級配等方面調(diào)節(jié)，可以達(dá)到較好的抗裂性。

參考文獻(xiàn)

[1]郝培文，張肖寧.瀝青及瀝青混合料[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]蔣玲.道路建筑材料[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[3]JTG F40-2004.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

作者簡介：于紀(jì)淼（1974-），女，副教授，研究方向：交通土建。