寒区道路沥青混合料的低温抗裂性能分析

于纪淼+方其杭+温明君+于秋莉

摘 要：文章通过对沥青混合料低温性能指标进行探讨，分析了提高寒区道路沥青混合料的低温抗裂性的措施。希望通过文章的分析能够为相关工作提供参考。

关键词：寒区道路；沥青混合料；提高低温性能措施

随着道路建设的不断完善，先期修建的道路逐渐出现了裂缝、剥落、坑槽、沉陷等道路病害。尤其寒区道路病害的存在不仅影响了道路的美观，更破坏了路面结构的整体性，使得路面结构的承载能力下降，影响了道路的通行质量。沥青路面的破损有各种类型，其中裂缝主要有：疲劳裂缝、边缘裂缝、块裂、纵向裂缝、反射裂缝和横向裂缝。其中高等级公路沥青路面上常见的损坏现象主要有横向裂缝、纵向及网状裂缝。

季冻区热拌沥青混凝土路面早期破损形式主要是裂缝，在交通荷载和低温应力引起的拉应力、剪应力或两者共同作用下发生扩展，形成更具危害性的破损形式，引起路面的使用性能及交通服务功能下降。目前，国内外的一些学者对季冻区道路病害产生的原因及作用机理进行了深入的研究，并陆续提出了一些有效的防治措施。

1 寒区沥青道路裂缝类型

本文以哈尔滨松北区典型路段道路病害为例进行分析。松北区位于松花江漫滩区，地势低平，地表沼泽洼地、牛轭湖发育。地形总趋势为北高南低，地面高程一般在115～118m之间，局部沙垄、沙丘可达120m。地貌成因类型为堆积类，形态类型可划分为松花江高、低漫滩。

松北区气候属大陆季风性气候，为北寒带气候条件，冬季长达五个月之久，春秋季节较短。年平均气温为5.7℃，极端最高气温为39.1℃，极端最低气温为-41.4℃；年均降雨量为523.3mm，降雨期集中在6-8月份；年平均蒸发量1508.7mm；最大冻深为2.05m，地面稳定冻结日期为11月下旬，稳定解冻日期为翌年4月中旬。冬季主导风向为SSW，最大风速为20m/s。

本地区气候特点是冬季收极地大陆气团控制，严寒干燥；夏季受副热带海洋气团的影响，气候炎热多雨；春秋两季因受冬、夏季风交替影响，气候多变，春季多大风，降水少蒸发快，易发生干旱；秋季多發生寒潮侵袭，降温急剧，易发生冻害。由于冬季降温较快，水份易集聚形成聚冰带，春季升温缓慢，水分不易下渗，致使道路易发生冻胀、翻浆，对路基、路面的强度和稳定性产生不利影响。

2 松北区沥青混凝土路面破损情况

松北区沥青混凝土路面破损情况比较适合按照《公路沥青路面养护技术规范》中有关道路破损情况的裂缝类进行分类和调查，裂缝类的破损类型分为龟裂、不规则裂缝、纵裂及横裂。

对松北区各典型路段破损情况进行了逐一的调查。纵向裂缝是指沿路面行车方向分布的长直裂缝，其方向与道路中心线大体平行。横向裂缝是指垂直行车方向的裂缝，裂缝方向与道路中心线大体垂直。不规则裂缝是指裂缝分布没有规律，且未围合成小裂块。而龟裂是指各种裂缝一起分割路面，形成不同的裂块，依据缝宽及是否散落变形等分成轻、中、三个严重等级。在路面调查过程中，列入龟裂的不再列入不规则裂缝。

以上图示是世茂大道道路病害的一部分，也是主要的部分。

3 提高沥青混合料的低温抗裂性能的几个方面措施

3.1 沥青的稠度及氧化速度

沥青用在路上时的稠度是影响沥青面层抗裂性能的一个重要因素。沥青的温度敏感性，周围的气候条件，沥青用量及其抵抗硬化的能力都影响到沥青面层裂缝出现和发展的速度。

沥青在夏季的高温稳定性较差，容易产生辙槽。在沥青中加硫可使沥青混合料在高温时有足够的稳定性，同时能降低温低劲度以抵抗冬季的反射裂缝。

当材料的极限应变小于低温时沥青面层中产生的拉应变时，沥青面层就会产生受拉开裂。由此可以看到，在沥青混合料拌和过程中保证沥青不过多氧化（温度不过高和加温时间不过长）可以提高沥青面层材料抗受拉极限开裂的性能。

3.2 混合料中的沥青含量

受拉疲劳开裂的研究表明，沥青含量从4.2%增加到6.2%可使密实沥青碎石面层的疲劳寿命从10年增加到45年。沥青含量高的混合料的抗永久形变性能可能不好，但是，将沥青含量从规定的4.2%稍增加到4.7%，可以增大混合料的劲度，即改善稳定度，它还可以使受拉疲劳寿命增加一倍。增加沥青含量还可以使混合料更密实，使沥青较不容易老化。

3.3 沥青混合料的孔隙率

孔隙率明显影响沥青混合料的疲劳寿命。压实得好的材料可延缓裂缝扩展，还可以减轻路面使用过程中沥青的硬化。用针入度为100的沥青生产的密实沥青碎石，其疲劳寿命会大大增加。由于热压式沥青混合料的孔隙率较小，通常它优于密实沥青碎石。直接受拉疲劳试验表明，热压式沥青混凝土磨耗层混合料的疲劳寿命是用相同等级沥青的密实碎石磨耗层混合料的疲劳寿命的四倍。

开级配混合料的孔隙率大，抵抗受拉疲劳反射裂缝的能力差。进行的试验表明，这种材料的疲劳寿命是密实混合料的1/2.5。开级配混合料表面层也较易产生温度疲劳裂缝。

3.4 集料级配

在受拉疲劳作用下，集料级配对裂缝的扩展的影响不大，较大尺寸的级配集料稍许会增加混合料的抗开裂能力。

4 结束语

结合沥青低温指标的性能，对沥青的稠度和氧化速度、混合料的含量以及压实度级配等方面调节，可以达到较好的抗裂性。

参考文献

[1]郝培文，张肖宁.沥青及沥青混合料[M].北京：人民交通出版社，2007.

[2]蒋玲.道路建筑材料[M].北京：机械工业出版社，2012.

[3]JTG F40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].

作者简介：于纪淼（1974-），女，副教授，研究方向：交通土建。