瀝青混凝土路面抗裂性能的影響因素與優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

摘" 要：瀝青混凝土路面作為現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施中廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵材料，其耐久性和抗裂性能直接關(guān)系到道路的使用壽命與安全。在高溫、低溫及復(fù)雜的氣候條件下，裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展會(huì)影響路面的平整度，引發(fā)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)性損害。為此[ 4]"，需要通過分析瀝青混凝土路面抗裂性能的關(guān)鍵因素，探討材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝等方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略，以期為瀝青混凝土路面抗裂性能的提升提供參考。[85]

關(guān)鍵詞：瀝青混凝土路面 "抗裂性能 "結(jié)構(gòu)加固 "改性瀝青[A6]

中圖分類號(hào)：U416

Analysis of InfluencingInfluence Factors and Optimization Design of Crack Resistance Performance of Asphalt Concrete Pavement

LI Yanguang^1，2 "GUO Huaicun^1，2 "WANG Yongji^1，2

1.Gansu Changlong Highway Maintenance Technology Research Institute Co.， Ltd.[A7]"， Lanzhou， Gansu Province， 730030 China; 2. Gansu Provincial Transportation Planning Survey and Design Institute Co.， Ltd.， Lanzhou， Gansu Province，730030 China

Abstract： Asphalt concrete pavement， as a key material widely used in modern transportation infrastructure， its durability and crack resistance directly affect the service life and safety of the road. Under high temperature， low temperature， and complex climatic conditions， the generationformation and propagation of cracks can affect the smoothness of the road surface and lead to serioussignificant structural damage. Therefore， tThis article analyzes the key factors affecting the crack resistance performance of asphalt concrete pavement， explores optimization design strategies in material selection， structural design， construction technology， and other aspects， in order to provide reference for improving the crack resistance performance of asphalt concrete pavement.

Key Wwords： Asphalt concrete pavement; Crack resistance performance; Structural Structure reinforcement; Modified asphalt

瀝青混凝土路面抗裂性能的影響因素多種多樣，主要包括材料組成、施工工藝、環(huán)境條件、荷載作用等。在此情況下研究瀝青混凝土路面抗裂性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅有助于提高路面的耐久性，延長(zhǎng)其使用壽命，而且能夠有效降低道路維護(hù)和修復(fù)成本。隨著對(duì)瀝青路面性能需求的提高，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法已逐漸向材料創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)優(yōu)化以及智能化施工技術(shù)發(fā)展，在技術(shù)不斷革新的形勢(shì)下可以顯著提升路面抗裂性能，保障瀝青混凝土路面的施工效果。

1" 瀝青混凝土路面抗裂性能的影響因素分析

1.1" 材料性能的影響

在瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)中，材料組成直接決定了路面抗裂性能的優(yōu)劣，其中瀝青作為主要的材料，其種類與性能直接影響路面的抗裂性能。常規(guī)的道路瀝青可能因溫度變化、交通荷載和老化作用導(dǎo)致脆性增加，而高溫改性瀝青、橡膠改性瀝青或聚合物改性瀝青等具有更好的高溫穩(wěn)定性和低溫延展性，能夠有效減少因熱膨脹和低溫收縮引發(fā)的裂縫。而添加劑的使用，纖維增強(qiáng)材料等可以顯著改善瀝青混凝土的力學(xué)性能和抗裂性能。在此情況下，合理的瀝青、骨料、填料與添加劑的配比設(shè)計(jì)，能夠有效提高路面混合料的抗裂性能，提升其耐久性和疲勞壽命^[1]。

1.2" 溫濕度的影響

瀝青混凝土路面在不同溫度與濕度環(huán)境下的表現(xiàn)直接影響其抗裂性能，溫度與濕度的變化對(duì)混合料的物理性質(zhì)和力學(xué)行為起著至關(guān)重要的作用。而溫度對(duì)瀝青混合料的影響尤為顯著，瀝青材料在高溫下具有較好的流動(dòng)性，但當(dāng)氣溫驟降時(shí)，瀝青的黏彈性特性會(huì)發(fā)生變化，變得脆性增加，容易導(dǎo)致低溫裂縫的產(chǎn)生。在寒冷地區(qū)，溫度的劇烈波動(dòng)使得瀝青混合料的抗裂性逐漸下降。與此同時(shí)，濕度對(duì)瀝青混凝土的影響也不可忽視，高濕度環(huán)境下水分滲透至路面材料中，會(huì)導(dǎo)致瀝青材料老化加速，降低其黏[A8]"附性與彈性，從而增加裂縫的生成風(fēng)險(xiǎn)。并且，水分的存在可能引發(fā)瀝青混凝土的“水損傷”現(xiàn)象，導(dǎo)致瀝青與骨料的黏[A9]"結(jié)力下降，最終可能形成空隙和裂縫^[2]。尤其在濕潤(rùn)或多雨的氣候條件下，路面的水分積聚會(huì)加速路面老化和疲勞破壞，進(jìn)一步加劇裂縫的發(fā)生。

1.3" 施工工藝的影響

為了保證瀝青混凝土路面抗裂性能，在設(shè)計(jì)中需要根據(jù)工程要求進(jìn)行施工工藝的設(shè)計(jì)。在瀝青混凝土路面施工中，瀝青混凝土的拌和溫度和攤鋪溫度直接關(guān)系到路面材料的性能。如果溫度過高，瀝青可能會(huì)過早氧化，降低其黏[A10]"結(jié)性和柔韌性，從而增加裂縫的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，而溫度過低則會(huì)導(dǎo)致瀝青混凝土流動(dòng)性差，壓實(shí)困難，可能導(dǎo)致不均勻的密實(shí)度和早期裂縫的生成。并且在瀝青混凝土路面施工中，過低的壓實(shí)度會(huì)導(dǎo)致路面孔隙率過高，容易吸水并產(chǎn)生水損傷，進(jìn)而引發(fā)裂縫，而過度壓實(shí)則可能導(dǎo)致瀝青混凝土的應(yīng)力分布不均勻，形成內(nèi)應(yīng)力，增加裂縫發(fā)生的概率。同時(shí)，攤鋪工藝的均勻性也是影響路面抗裂性能的重要因素，攤鋪不均或攤鋪厚度過大或過小，都會(huì)導(dǎo)致路面表面不平整，進(jìn)而加速裂縫的產(chǎn)生。在施工過程中，由于對(duì)施工工藝的控制不到位，往往會(huì)導(dǎo)致這些問題的疊加效應(yīng)，進(jìn)一步降低路面的抗裂能力。

2" 瀝青混凝土路面抗裂性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

2.1" 引入高性能材料

在瀝青混凝土路面工程中，傳統(tǒng)的常規(guī)瀝青在高溫條件下容易發(fā)生流動(dòng)和塑性變形，而在低溫下則容易變脆，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。因此，在路面優(yōu)化設(shè)計(jì)中，采用高性能瀝青，如聚合物改性瀝青、橡膠改性瀝青或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（Styrene-Butadiene-Styrene，SBS[ 11]"）改性瀝青等能夠顯著改善瀝青的高溫穩(wěn)定性和低溫柔韌性，增強(qiáng)其抗裂性能。改性瀝青具有較好的溫度適應(yīng)性，能夠有效抵抗溫度引起的熱脹冷縮，減少因溫度應(yīng)力引起的裂縫。并且可以在瀝青混凝土中添加纖維材料來增強(qiáng)其強(qiáng)度，例如：[A12]"在瀝青瑪蹄脂碎石混合料（Stone Matrix Asphalt，SMA）[ 13]"中，木質(zhì)素纖維的使用使路面材料有了更好的高溫或低溫的適應(yīng)性，顯著提高瀝青混凝土的抗裂性和抗疲勞性能，防止裂縫的發(fā)生^[4]。

本工程沿線年平均氣溫在0～16 ℃[ 14]"，晝夜溫差大，SMA-13的抗高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性特別適用于此類氣候條件，因此，使用SMA-13材料在原有瀝青混凝土路面進(jìn)行修復(fù)和結(jié)構(gòu)加固，有效應(yīng)對(duì)交通荷載和氣候環(huán)境的雙重挑戰(zhàn)。結(jié)合該工程情況，在瀝青混凝土的配比設(shè)計(jì)上，4.75 mm以上粗集料占礦料總重的75%，通過馬歇爾試件檢測(cè)，確保瀝青混合料粗集料骨架間隙[A15]"率不小于粗集料松裝間隙率，形成密實(shí)的嵌擠骨架結(jié)構(gòu)，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，車轍動(dòng)穩(wěn)定度普通瀝青混凝土為1 247次/mm，SMA-13為6 176次/mm，提升近5倍。瀝青含量控制在6 %左右，確保材料柔韌性，低溫彎曲破壞應(yīng)變達(dá)到2 983.1 με，比普通瀝青混凝土提升12.7 %，有效降低低溫裂縫產(chǎn)生概率。并摻加0.35%的木質(zhì)素纖維，提高瀝青膜厚度，增強(qiáng)抗水損害能力，浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度MS0提升至87.3 %。并且工程沿線晝夜溫差較大，普通瀝青混凝土因低溫脆性大，而SMA-13由于其瀝青瑪蹄脂富含礦粉和纖維，提供了更高的韌性和抗裂性能，可以有效應(yīng)對(duì)溫差變化，減緩路面凍融破壞，普通瀝青混凝土凍融劈裂殘留強(qiáng)度比為77.4 %，SMA-13為82.8 %，提升7 %。同時(shí)，在瀝青混凝土中加入抗剝落劑，提升瀝青與礦料的黏附性，使?jié)B水系數(shù)降低至7.9 mL[A16]"/min，有效解決沿線雨季水損害風(fēng)險(xiǎn)。試驗(yàn)表明，采用這種混合骨料后，與普通混凝土相比，混合料的密實(shí)度得到了顯著提升，性能參數(shù)見表1。這種密實(shí)度的提高顯著增強(qiáng)了路面抗水損傷的能力，避免了由于水分滲透引起的裂縫和老化問題。

2.2" 路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

一個(gè)合理的瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)不僅能夠有效分散交通荷載，減少溫度應(yīng)力對(duì)路面的影響，還能提高路面整體的抗裂能力。在多層路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，各層材料的選擇與厚度分配至關(guān)重要，通常由表面層、結(jié)合層、基層和底基層組成。在路面結(jié)構(gòu)的層次設(shè)計(jì)中，需要通過控制各層的厚度和材料特性，使上層柔性能夠有效吸收溫度和荷載引起的應(yīng)力，而下層則需要保持較高的剛度，確保路面長(zhǎng)期穩(wěn)定。應(yīng)力分布設(shè)計(jì)也是優(yōu)化路面抗裂性的重要手段，通過合理的結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)，能夠有效地分散和傳遞交通荷載及溫度應(yīng)力，減少局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，進(jìn)而降低裂縫發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)^[5]。

該項(xiàng)目面層采用三層路面結(jié)構(gòu)形式。其中，表面層采用SMA-13型改性瀝青混合料，厚度為4 cm，中、下面層分別為中粒式AC-20混合料及粗粒式AC-25混合料。面層SMA-13材料以其優(yōu)異的抗裂性能、耐久性和抗滑性能應(yīng)對(duì)重載交通及復(fù)雜氣候環(huán)境，中、下面層主要是為了提供良好的承載和應(yīng)力擴(kuò)散能力，與表面層協(xié)同作用分散重載交通的集中應(yīng)力，并提供結(jié)構(gòu)支撐，增強(qiáng)整體剛度和穩(wěn)定性。通過這種多層次、分層施工的設(shè)計(jì)，有效防止了因溫差導(dǎo)致的裂縫發(fā)生。特別是在溫差較大的季節(jié)，通過合理分層設(shè)計(jì)，使溫度應(yīng)力能夠在不同層次間得到有效分散，從而減少表層因熱膨脹或收縮而產(chǎn)生的裂縫。

2.3" 采用新型施工工藝

在瀝青混凝土路面抗裂性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，采用新型施工工藝，尤其是溫控?cái)備伜椭悄軌簩?shí)技術(shù)，能夠顯著提高路面的抗裂能力。溫控?cái)備伖に囃ㄟ^精確控制瀝青混凝土的拌合和攤鋪溫度，確保瀝青混合料在最佳溫度范圍內(nèi)施工，避免了傳統(tǒng)施工中由于溫度過高導(dǎo)致瀝青老化或過低導(dǎo)致混合料冷卻過快，形成冷接縫和不均勻的密實(shí)度，從而減少了裂縫的發(fā)生。

在該工程中，引入了先進(jìn)的溫控技術(shù)來輔助施工，根據(jù)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，在SMA-13的應(yīng)用中，瀝青溫度需要在165[A19]"～175 ℃之間，混合料出料溫度為170～185 ℃，在進(jìn)行SMA路面攤鋪施工中，溫度不低于160 ℃，在路面壓實(shí)中，初碾溫度要求在150 ℃以上，終壓溫度則不低于110 ℃。通過控制溫度區(qū)間能夠保證瀝青與骨料的充分混合，同時(shí)避免瀝青的揮發(fā)和老化，確保了粘結(jié)性和抗裂性。

3" 結(jié)語

在現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展中，對(duì)瀝青混凝土路面的質(zhì)量提出了更高的要求，而瀝青混凝土路面抗裂性能受到多種因素的影響。近年來，改性瀝青、添加劑的應(yīng)用以及新型施工技術(shù)的引入為路面抗裂性能的提升提供了有效手段。但隨著交通負(fù)荷的加重和氣候變化的加劇，瀝青路面的抗裂性能優(yōu)化仍面臨一定的挑戰(zhàn)，在實(shí)際中還需聚焦于高性能材料的選擇、智能施工技術(shù)的應(yīng)用、新型檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)瀝青混凝土路面向更加耐久和可持續(xù)的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]馬趙新，李修固.高性能公路路面合成纖維混凝土試驗(yàn)研究[J].建材技術(shù)與應(yīng)用，202[A21]"5（1）：20-24.

[2]金情芬.低溫鹽蝕作用下聚酯纖維SMA瀝青混合料抗裂性能研究[D].淮南： 安徽理工大學(xué)[A22]"，2024.

[3]徐嘉華.城市道路瀝青混凝土路面病害與處理措施探究[J].廣東建材，2024，40（5）：46-48.

[4]化高偉，薛鵬濤，薛保貴.基于瀝青砂涂層設(shè)計(jì)的瀝青混凝土路面抗紫外光老化性能分析[J].公路工程，2024，49（1）：98-102，111.

[5]朱成元.瀝青混凝土路面常見病害及養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2023（19）：101-104.