沥青路面低温开裂问题的探讨

徐 觅

(新疆道路桥梁工程总公司第一工程处)

0 引言

无接缝的连续式沥青路面用于高等级公路建设中具有足够的力学强度、行车平衡、舒适、振动小、噪音低及便于维护等优点而备受重视，国内目前所建设的高级公路中沥青路面所占高达75%，但随着交通量的日益增长，沥青路面中的胶凝材料的力学性能受温度和作用时间的影响很大，最终导致其在行车荷载及其他自然因素的作用下表现为不同形式的病害，其中低温开裂则是病害中常见的一种，一旦发生该病害则会严重影响沥青路面的路用性能的发挥，因此对低温开裂进行深入探讨并采取措施进行防治对延长路面使用寿命具有重要意义。

1 沥青路面低温开裂机理

通常认为沥青路面低温开裂有两种方式，一是由于气温骤降导致面层温度降低，而沥青内层产生的温度应力超过其抗拉强度时则导致开裂。正常温度条件下沥青混合料具有良好的应力松弛性能，因此当给其一定的应变则因此产生的应力将随时间延长而松弛，在一定温度范围内因温度降低产生的拉应力会因应力松弛而降低，因此不会导致裂缝产生，而当出现寒流则由于过快的温降而使沥青面层来不及松弛所产生的应力，该现象在面层与基层附着不好的情况下表现更为明显。并且由于温度下降，混合料的应力松弛性能降低导致应力积聚过大而产生裂缝。而一旦表层开裂随着持续低温或另一次温降的到来，在裂缝尖端部位又会产生较大的应力集中，因此将导致裂缝向下延伸最终穿透整个沥青面层。

另外一种原因是温度疲劳裂缝，低温裂缝的面层在气温回升后裂缝将弥合，到寒冷季节则又重新收缩，收缩过程中若面层与基层摩擦力小则裂缝将变宽，若摩擦力大则会产生新的裂缝，该现象是由于温度疲劳循环导致，温度的反复升降导致混合料的拉伸应力变小，加上沥青老化使其劲度增高，应力松弛能力下降，因此可在温度较最初一次低温较高的温度下也产生开裂，因此该种裂缝也成为温度疲劳裂缝。

2 低温开裂影响因素

2.1 材料因素

沥青。温度敏感度相同的沥青针入度大即较稀薄的品种具有较低的劲度模量，因此其较较稠的沥青所产生的裂缝较少;沥青的温度敏感度越低则其在低温状态下不易开裂，并利于沥青路面的低温稳定性。

骨料。采用吸水性强的骨料易形成低温裂缝，而内摩阻力高、冻融损失低于吸水率小的集料可使路面具有更大的抗横向开裂能力，其在低温情况下强度也不会发生大的变化，因为吸水率低的骨料在混合料内可起到粘接作用的胶结料较非吸水性集料混合料中的胶结料少。

矿料组成。不同级配的混合料的温度应力正常存在较大差异，尤其是粗粒径、空隙率大的混合料内不孔隙较多，其应力松弛极限温度降低，导致温度应力减小，而中粒式较细粒式温度应力小，沥青碎石或贯入式温度应力较沥青混凝土小，因沥青混合料内加入矿粉可增大粘度而易导致开裂。

2.2 面层厚度

采用相同的沥青其路面厚度大的同厚度小的不易产生裂缝，试验表明当沥青面层厚度从10.16cm增加到25.4cm时裂缝产生率降低了60%，同时试验表明质量好的沥青即使面层较薄产生裂缝的几率也较小，而质量差的沥青则即使厚度大也易产生裂缝;但沥青在最佳含量范围内浮动时对混合料的低温缩裂性能无影响，提高沥青含量可增大温度收缩系数，但会导致劲度降低。

2.3 环境因素

沥青路面的性质随温度和加荷时间而发生变化，即在不同的温度和加荷方式下路面具有弹性、粘弹性和塑性的性质，沥青路面在低温、短时间荷载作用下接近于弹性，随着温度升高而逐步接近于塑性体，而沥青路面变形由其粘滞性所决定，同时因沥青的粘度受温度影响非常大，随温度升高粘度下降，而在低温时其又表现为硬脆固体。而温降是低温缩裂的直接原因，温度降速越大，混合料的收缩应变也速率也越大，材料的应力松弛性能则越难以发挥，面层内急剧的温度应力越高，则越宜发生开裂，同时即使一次温降未产生开裂，但面层在低温环境下混合料内部也将发生微裂缝，随着时间推移微裂缝不断扩展而发展为裂缝;温度较高的环境内随着反复的温度升降循环，随产生不高的温度应力，但材料的破坏应变将降低，同时由于材料老化因素易由于疲劳而发生开裂。

2.4 基层因素

半刚性基层的级配碎石、沥青稳定碎石等热容量小，其与沥青面层的粘接性能差，同时由于其本身收缩的影响而易生成裂缝，基层与面层的附着性差则会使面层有一定的自由收缩变形的余量，因此混合料的应力松弛性能不能得到充分发挥，所产生的温度应力也无法传递到基层而在面层内积聚而导致面层开裂;基层含水量大则干缩裂缝也大，沥青面层的裂缝也越多;而土基对沥青面层的开裂有较大影响，由于土基热容量对温缩裂缝有明显影响，而冻胀性土的热容量较大所以开裂现象较少。

2.5 路龄与交通量因素

随路龄增加低温开裂现象不断加强，缝宽也不断加大，缝距不断缩小，主要是由于沥青老化、劲度增加、极限拉伸应变减小以及温度反复作用导致的疲劳的结果，因此在交通量小的慢车道、路缘带等部位均有发生，同时由于荷载的揉搓压实，交通量大的路段内产生温缩裂缝的开始时间较早，但随着路龄的增长和车辆荷载的反复作用将导致裂缝的增长加快。

3 防治措施

3.1 面层厚度

增加面层厚度可有效防止裂缝的生成，并且能减缓半刚性基层裂缝向上扩展的速度，同时面层厚度的增加则导致道路弯曲刚度的增加，因此由交通荷载引发的应力相对减少;较厚的面层可减少基层内温度变化，由温度荷载诱发的罩面层内的拉应力也随之减少，但面层过厚则导致经济不合理以及车辙严重现象。

3.2 材料控制

由于稠油沥青在低温时可承受较大的拉伸应变，并有较低的劲度模量，因此其抗裂性能高许多，因此在选择沥青时应充分考虑其劲度，并以此来保证混合料的劲度，实验表明当接近最低使用温度时，沥青结合料的进度不超过200Mpa时其开裂现象很少。

3.3 铺设夹层

0级配碎石层。具有一定厚度的优质级配碎石层在很大程度上能够防止和减少半刚性基层反射裂缝，并且级配碎石层还具有较好的排水功能。级配碎石层具有20%～35%的空隙率可提供类似散逸运动的方式把交通荷载与环境温度作用所引起的半刚性基层运动消散。

土工织物或格栅层。土工织物之类材料可发挥隔离、软弱夹层的作用，并可增大基层内的垂直裂缝沿界面向水平方向发展的可能性，从而延缓裂缝反射到路表的时间。

应力吸收层。采用的中间夹层通常具有较低的弹性模量且能承受很大的应变而不破坏，在路面结构中它能依靠自身的塑性变形来吸收应力而不致把很大的应变传递到面层上。

3.4 施工控制

施工个过程中应严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量，保证其不超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范容许的范围内。半刚性基层碾压完成后，要及时养生。半刚性基层碾压完成后或最迟在养生结束后应立即用乳化沥青做透层或封层。透层或粘层完成后，应尽快铺筑沥青面层。在施工过程中应对路面充分碾压，压实度达98%以上，施工结束时的残余空隙率应小于6%，对钻芯取样的孔应仔细回填以免留下缺陷;采用收缩系数小、低温不易开裂的标线漆;做好接缝，避免冷接缝及与排水井等人工构造物的接头。

3.5 设计控制

首先应选用抗冲刷性能好、干缩系数和温缩系数小、抗拉强度高的半刚性材料做基层。选用松弛性能好的优质沥青做沥青面层。在缺少优质沥青的情况下应采取改善沥青性质。在稳定度满足要求的前提下，优先选用针入度较大的沥青做沥青面层，尽量采用密实型沥青混凝土。采用合适的沥青面层厚度，确保半刚性基层在使用期间一般不会产生干缩裂缝和温缩裂;由于不同级配的混合料的温度应力增长形式有较大差异，粒径粗的、空隙率大的混合料内部微空隙较多，应力松弛极限温度降低，使温度应力有所减小，中粒式比细粒式的温度应力减小;若在沥青混合料中加入矿粉则最终结合料的粘度比沥青单体的粘度要大，并且粘度的温度敏感性也大，比游离的沥青单体本身容易开裂。

4 结语

导致沥青低温开裂的因素多样，在分析时不应从某个方面或因素进行片面解释，而应从全方位、施工全过程进行全面分析，才能最终防治裂缝的发生，保证真个路面的施工质量，实现路面的使用功能及其经济效益。

［1］ 林锈贤.柔性路面结构设计方法［M］.人民交通出版社，1988.

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

［3］ 沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面［M］.北京:人民交通出版社，1998