浅析气候条件对沥青混凝土路面的损坏机理

黄绪岭 张宜伟

(长安大学 公路学院，陕西 西安 710064)

0 引言

影响路面性能的原因有内因和外因两个因素。内因取决于所用的原材料的类型、路面结构和施工水平等情况，外因有日光辐射，地理纬度，温度，降水等因素。建成后的沥青路面便完全处于自然环境中，受到各种自然因素的影响，气候因素对它的影响是最大的。沥青路面为了保证它的使用寿命，必须适应当地气候条件。

1 中国各地气候特点

大陆性季风气候显著:冬季，我国是世界同纬度上最冷的地方;夏季，我国大部分地区又是世界同纬度上除沙漠地区以外最暖热的地方。因此，我国大部分地区的气温年较差比世界同纬度地区偏大。我国大部分地区降水的季节变化和年际变化也都较大。这些都说明我国的季风气温具有显著的大陆性特点。雨热同期:夏季，我国除高原、高山外，南北普遍高温，而且比世界同纬度的许多地区气温偏高。夏季，由于海陆热力性质差异大，使我国东部大部分地区降水量多，雨热同期。气候复杂多样:我国既有多种多样的温度带，又有多种多样的干湿地区，加上地势高低悬殊，地形多样，更增加了我国气候的复杂多样性。这样就决定了我国不同地区沥青路面的受气候损坏的原因也不同。

1.1 气候分区

1997年，沈金安制定了一个道路沥青及沥青混合料的气候分区，这一分区被纳入了《公路沥青路面施工技术规范》(JTGF40-2004)，其主要目的是为沥青混合料设计服务。

1.2 气候条件与沥青性能

SHRP 研究成果中将沥青的野外性能和室内分析建立了直接关系，把沥青的性能跟气候条建立关系，通过控制车辙、低温开裂、疲劳开裂进行沥青路面性能的验证。

2 雨水破坏

2.1 雨水对路面破坏机理

沥青路面的水破坏现象都十分普遍。雨水进入沥青面层之后，在众多高速行使车辆反复影响下可能产生水损坏。在降水过程中，雨水会进入并滞留在表面层沥青混凝土的孔隙中。在大量快速行车的作用下，不断产生的动水压力使沥青从碎石表面剥落下来，局部沥青混凝土变成松散，碎石被车轮甩出，导致路面坑坑洼洼。由于沥青路面表层的施工时，片面追求平整度，忽视了压实度，使表面层混合料的空隙率过大。如果一场大雨过后，所产生的坑洞绝大部分是表面层的坑洞，深入中面层和底面层的坑洞只是少数。由于沥青混凝土的不均匀性，坑洞总是首先在局部沥青混凝土空隙率较大处产生，因此它是随机分布的一个个孤立的坑洞。

2.2 酸雨的影响

降水中的化学成分对沥青混合料的化学腐蚀作用。随着社会工业化的发展，工业废气的大量排放导致了大气酸度增加，造成了酸雨现象。但对于路面材料的腐蚀缺却没有引起足够的重视。混合料在酸腐蚀环境下，由于水中的氢离子与集料发生化学变化，即酸雨中的H+溶解了集料中的碱性氧化物K2O，CaO，MgO 等，导致集料组分流失，形成微小空隙，使得混合料空隙率增加。

3 日光辐射影响

在一不同的施工条件和环境的影响下，沥青出现了一些性能上的变化，变得硬脆，使路面变脆，加速路面裂缝、水损害等病害的发生。沥青路面，由于受太阳光辐射吸热变软，长期受车轮压力的影响，较容易产生凹凸不平，由于地表直接吸收太阳辐射，在强烈阳光照射下，地表就会升温很快，而且温度的高低和地面的性质有关。

4 温度影响

沥青是一种温度敏感材料，导致各方面性能随温度的变化很大，这是热量因素对沥青混凝土路面产生影响的根本的原因。沥青是一种吸热材料，它对太阳热辐射的吸收率很高，达到0.80～0.95。夏季，在太阳的持续热辐射作用下，大量热量被沥青路面吸收并在沥青面层中得到蓄积，造成沥青路面温度远远高于气温，高温条件加速了沥青的氧化反应，加快了沥青的老化;极端最低地表温度和极端最低气温相差不大。每天温度的循环在路面中产生的应力循环，会直接导致温度疲劳裂缝的产生。

4.1 高温影响

服役过程中环境的高温使沥青混合料中沥青变软，在重型车辆的碾压下会使得混合料中集料发生位移，位移的累积会导致路面变形，直接表现为车辙病害;若各面层粘结措施不好，在高温下集料的位移还会沿着行车方向进行，直接表现为推移病害。

4.2 低温影响

当沥青路面温度降低时，沥青粘滞度增高，因而强度增大，强度随温度而变化的幅度很大，相差几倍甚至几十倍。气温下降，特别是在急骤降温时，会在路面结构上产生温度梯度，路面面层遇降温而收缩的趋势会受到其下部层次的约束，在面层产生拉应力。当拉应力超过沥青混凝土的强度时，就会造成面层开裂。

4.3 多个因素综合作用

沥青混合料孔隙中的水与沥青之间相互作用，使沥青的粘结力下降，导致沥青混合料的强度降低，进入沥青薄膜层与矿料间隙的水，使沥青从矿料表面剥落。两方面的相互作用，再加上车辆与冻融循环的交互作用，沥青混凝土路面就会破坏。

5 结束语

通过分析各种气候因素对沥青混凝土路面损坏的影响，得出降水、日光辐射、高低温度以及它们的综合因素对路面的损毁。这样可以方便我们在进行道路建设的时候，综合考虑气候的影响，达到能够增加公路的使用寿命。

［1］沈金安.道路沥青及沥青混合料的气候分区及关键性技术指标［J］.中国公路学报，1997，10(1).

［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.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防［M］.北京:人民交通出版社，2001.