半刚性基层沥青路面低温抗裂性研究

赵 艳 光

(山西省交通建设工程监理有限责任公司,山西 太原 030012)

1 概述

半刚性基层在我国得到了广泛的应用，沥青路面是高速公路的主要路面结构形式。一直以来，半刚性基层具有稳定性好，承载力高，施工成本低等优点，但是其具有缩裂性，容易在沥青面层与半刚性基层之间形成薄弱点。在荷载应力与温度应力的共同作用下，容易在沥青面层局部产生应力集中，进一步导致沥青路面开裂。在低温季节，温缩应力增大，最容易产生开裂。

沥青路面开裂后，雨水会从裂缝渗入到路面结构中，造成基层破坏，产生唧浆等病害，进一步渗入到底基层和路基导致结构软化，使整个路面结构承载力下降，导致路面开裂进一步扩展，大大缩短沥青路面的使用寿命。在我国北方，由于冬季气温较低，沥青路面结构容易产生开裂，必须采取措施，减少温度裂缝的数量、延缓或抑制温度裂缝的扩展，提高沥青路面的低温抗裂性。

路面开裂是各国沥青路面普遍存在的沥青路面病害，也是导致沥青路面各类病害的关键，得到了各国的普遍重视。温度裂缝是沥青路面开裂的主要形式之一，受到温度应力、行车荷载和材料性能的影响。其中，由于气候寒冷，昼夜温差大，温度骤然下降所造成的裂缝最为严重。因此，对沥青路面低温抗裂的开裂机理、影响因素进行研究，提出低温抗裂性的评价方法和防治措施，可有效预防沥青路面早期开裂，改善沥青路面的使用性能，延长沥青路面的使用寿命，提高公路的经济效益和社会效益。

2 低温开裂机理及影响因素

2.1 沥青路面低温开裂机理

沥青路面结构属于柔性结构，在外界荷载和应力的作用下，容易产生变形。在低于沥青路面抗拉强度的情况下，只出现疲劳开裂。但是，在温度骤然下降、昼夜温差变化较大时，温度应力和荷载应力综合作用下，容易产生低温开裂。沥青具有粘弹性和应力松弛特性，但是在低温情况下，沥青的脆性增加，接近于线弹性，其应力松弛能力大大降低。当气温骤然下降时，沥青路面材料体积收缩，当温度应力超过沥青路面结构的极限抗拉强度时，路面结构产生低温开裂。

2.2 沥青路面低温开裂影响因素

1)沥青质量。

沥青材料的选择应从油源、温度敏感性、劲度等方面进行选用，并结合当地的自然气候条件。从油源上来说，应尽可能采用稠油来炼制沥青，可有效减少沥青路面开裂，提高低温抗裂性。温度敏感性对沥青低温抗裂性的影响较大，可以从温度对沥青性质变化的影响分析低温抗裂性。沥青混合料的低温劲度是影响沥青路面开裂的主要原因，沥青混合料劲度的大小由沥青劲度决定。同时，对沥青进行抽样检测，对针入度、延度、含蜡量和老化性能进行检测，确保其符合施工要求。

2)沥青混合料。

影响沥青混合料强度的关键是沥青用量、空隙率和矿料组成级配，必须严格进行配合比设计，控制沥青用量在最佳用量的+0.5%～-1.0%。矿料级配方面，细粒式沥青混凝土比间断级配及密级配的中粒式沥青混凝土产生开裂的程度低。矿料应选用吸水性小、与沥青粘附性好、坚硬耐磨的集料，以提高其低温强度。沥青路面的空隙率与低温抗裂性没有直接关系，但会影响路面结构的老化特性，增大沥青路面的劲度，导致产生开裂。

3)外界环境因素。

外界环境因素，主要是气温和温度梯度对沥青路面的低温抗裂性影响最大。当外界气温降到路面材料的脆化点温度以下，并持续一段时间后，就会使沥青路面产生开裂。外界气温越低，沥青路面产生的开裂越严重。温度梯度也称为温度差，沥青面层顶部与底部温度差越大，所产生的温度应力越大，沥青路面的开裂情况越严重。研究表明，温度梯度最大的季节是在每年的春季和秋季。同时，降温速率、风速和太阳辐射等因素对温度梯度的影响也较大，一般处于风口处的沥青路面裂缝较多。

4)路面结构。

路面宽度、面层厚度、层间粘结以及基层和土基的基本情况，都会对沥青路面的低温抗裂性造成影响。调查表明，在通车初期，对于7 m宽的沥青路面，裂缝间距大概为30 m；而对于15 m～30 m的沥青路面，裂缝间距大概在45 m。采用同样的沥青拌制的沥青混合料，路面厚度较大的开裂情况比薄的要轻。施工中在沥青面层之间喷洒透层油，可有效减少温度裂缝。半刚性基层热容量小，易产生缩裂，与沥青面层的附着性能差，导致沥青路面容易出现横向开裂。由于半刚性基层与沥青面层的粘附性差，沥青面层内部的温度应力无法传递到沥青面层中去，只能在沥青面层内部积聚，容易导致路面结构开裂。当半刚性基层已经开裂时，容易在裂缝处产生应力集中，导致路面面层开裂。

3 低温抗裂性评价方法

沥青路面低温抗裂性的评价方法，一般从低温下的抗拉强度或抗变形能力进行评价。美国公路战略研究计划(SHRP)提出了以温度应力试验和积分试验作为评价沥青路面低温抗裂性的主要方法。

我国在“八五”攻关成果中建议采用当量脆点T1.2和10 ℃延度作为沥青低温抗裂性的主要方法。随着沥青检测技术的不断进步，我国现普遍采用5 ℃延度评价改性沥青的低温抗裂性。

4 沥青路面低温抗裂的常用措施

4.1 选择合适的材料

沥青混合料所选用的沥青，应该选择抗老化性能好的、较软的、温度敏感性低的沥青或改性沥青。集料应选择多棱角、吸水性差、坚硬耐磨、与沥青粘附性好的石料。

4.2 设计低温抗裂性能好的路面结构

在资金投入允许的情况下，适当增加沥青面层厚度，可有效地减少沥青面层的低温开裂。同时，也可以缓解半刚性基层裂缝向上扩展，防止产生反射裂缝。但是，沥青面层的厚度也不能太厚，否则容易导致产生车辙等病害。采用柔性基层或是表面粗糙的基层，提高面层与基层的粘结效果，有利于温度应力向下传递，可有效减轻沥青路面的开裂。

4.3 优化沥青路面的施工工艺

1)加强层间粘结。

沥青路面施工过程中，严格按照要求设置透层和粘层，加强层间粘结。我国沥青路面施工普遍存在透层和粘层沥青用量不足的现象，特别是采用乳化沥青后，很多路面结构的沥青含量严重不足，根本起不到层间粘结的作用。

2)合理碾压。

在沥青路面施工中合理选型压实机械的型号和类型，提高压实效果，降低路面结构的空隙率，减缓老化。钢轮压路机易使路面结构出现微裂缝，应尽量选用轮胎压路机进行碾压。

5 结语

沥青路面是我国最常见的路面结构形式，低温抗裂性是其最主要的路用性能之一。通过对沥青路面的低温开裂机理和影响因素进行分析，可根据实际情况有针对性的采取措施进行预防。文章对半刚性基层沥青路面低温抗裂的防止措施进行了详细的阐述，有利于提升低温开裂的防治效果，延长沥青路面的使用寿命，提高沥青路面的经济效益和社会效益。

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