沥青路面的温度稳定性与改善措施

沥青路面的温度稳定性与改善措施

摘要：沥青路面在我国的公路道路中，无论在用途上，还是在数量上都占有极其重要的地位，所以对沥青及其混合料的进一步研究，以修筑性能优良的沥青路面越来越受到研究者的重视，如何提高沥青路面的使用性能已成为道路工作者的重要课题。本文从沥青混合料的温度性能等方面阐述了沥青路面的高温稳定性、低温抗裂性，及其病害和改善措施。

关键词：沥青路面 高温稳定性 低温抗裂性 改善措施

1 前言

沥青是高分子碳氢化合物及其非金属（氧、氮、硫等）衍生物组成的及其复杂的混合物，在常温下呈黑色或黑褐色的固体、半固体或液态状态。沥青混合料是用具有一定黏度和适当用量的沥青材料与一定级配的矿物集料，经过充分拌合形成的混合物。将这种混合物加以摊铺、碾压成型，即成为各种类型的沥青路面。沥青混合料作为沥青路面材料，在使用过程中要承受行使车辆荷载的反复作用，以及环境因素的长期影响。所以沥青混合料在具备一定的承受能力的同时，还必须具备良好的抵抗自然因素作用的耐久性。也就是说，要能表现出足够的高温环境下的稳定性、低温状况下的抗裂性、良好的水稳定性、持久的抗老化性和利于安全的抗滑性等特点，以保证沥青路面良好的服务功能。

2 沥青混合料高温稳定性

沥青混合料有高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性等技术特性，其中高温稳定性和低温抗裂性是影响沥青路面的主要因素。

沥青混合料高温稳定性，是指沥青混合料在夏季高温（通常为路表温度60℃）条件下，经荷载车辆长期重复作用后，不产生车辙、推移、波浪、拥包、泛油等病害的性能。

2.1 高温稳定性病害及原因

2.1.1 推移、拥包 推移、拥包主要是由于沥青混合料路面在水平荷载作用下抗剪强度不足所引起的。导致此类沥青混合料抗剪强度不足的内在原因主要有：混合料用油量过大，细集料或填料过多，沥青标号选择不合适，在沥青混合料铺筑之前表面平整度差，上下层间光滑接触，无层间黏结力等，实际的原因则是其中一种或数种原因的共同作用。其外界原因可能是夏季高温时间长、交通量大、车速慢，特别是刹车较多的路段，易产生推移、拥包等。

2.1.2 泛油 泛油是指沥青混合料内部多余的沥青在车辆荷载作用下向沥青路面表面迁移的结果。泛油的主要原因是沥青用量过大或压实沥青混合料的残留空隙率太小。

2.1.3 车辙 车辙是路面行车道轮迹带在车辆反复荷载作用下形成的永久下陷变形的累积结果。车辙的产生会严重影响沥青混合料路面的服务质量和使用寿命。

2.2 影响沥青混合料高温稳定性的因素 影响沥青混合料高温稳定性的因素可归纳为内在因素和外部条件。内在因素主要反映在材料本身的质量上，如沥青的用量，沥青的黏度，矿料的级配，矿料的尺寸、形态以及沥青混合料摊铺面积等；而外部条件则主要包括气候条件和交通条件，当外部条件与材料本身的内在因素结合在一起时就会对沥青路面产生综合影响。

2.3 沥青混合料高温稳定性的改善措施 由于沥青路面高温稳定性不足出现的车辙不仅影响行车的舒适性和快速性，而且影响行车的安全性。改善沥青混合料的高温稳定性应针对下面这些因素采取相应的措施。 2.3.1 材料 ①集料：集料应首选高质量的集料，特别是表面两层沥青混合料，应采用坚硬、表面粗糙、破催、颗粒接近立方体的集料。②沥青结合料：有关研究认为，就沥青对沥青混合料高温性能的影响来说，沥青含量的影响可能比沥青本身特性的影响更重要，对于细粒式或中粒式密级配沥青混合料，适当减少沥青用量有利于抗车辙，在考虑抗车辙因素时应综合考虑级配、集料对沥青的吸收性、集料与沥青间的粘聚力、混合料的空隙率等。

2.3.2 设计 ①级配：集料级配对沥青混合料的高温行能也是一个非常重要的影响因素，较粗的级配有较好的抗车辙能力，但不容易控制，而且级配过粗反而影响其高温稳定性，相比之下，密级配的沥青混合料抗车辙性能较开级配混合料更加稳定一些。②混合料：在进行混合料设计时，可有意识地按较多的重载车辆、较大的轴载、较高的轮胎气压进行沥青混合料的设计于试验室验证。③施工：沥青路面施工应针对不同的混合料采用不同的施工方法，除了把握好材料质量关以外，最重要的还有两点：一是施工温度，包括拌和、摊铺温度等；二是压实，碾压次数不能过多或过少，适当的碾压能获得最满意的效果。

3 沥青混合料的低温抗裂性

低温抗裂性是指沥青混合料不出现低温脆化、低温缩裂、温度疲劳等现象，从而导致出现低温裂缝的性能。

3.1 沥青路面低温下的裂缝类型

3.1.1 横向收缩裂缝 位于路面面层的沥青混合料结构层，直接受到气温变化的影响，待温度应力积累到超过沥青混合料的极限抗拉强度时，路面就将出现裂缝，以便将应力释放出去。另外，接近表面的沥青比内部沥青更易老化。沥青混合料的极限拉伸应变小，应力松驰性变差，也是容易产生裂缝的一个重要因素。

3.1.2 温度疲劳裂缝 产生低温裂缝的沥青混凝土层，春天气温回升时裂缝弥合，到了冬天，沥青混凝土层再次出现收缩，若基层摩擦力小，在实际收缩时，裂缝就变宽了，若基层摩擦力大，沥青混合料不会收缩，但会产生新的裂缝，裂缝数量也将增加。这是由于温度疲劳的作用造成的。

3.1.3 反射裂缝 在我国，还存在第三种模式的裂缝，那就是由于水泥、石灰、粉煤灰稳定类的半刚性基层的收缩中，或者已经开裂了的半刚性基层在裂缝部位的应力集中与沥青面层的低温收缩、荷载作用产生的综合作用，使温度裂缝较多地产生。这些裂缝实际上是温缩裂缝和半刚性基层收缩裂缝的反射裂缝的反射性裂缝的综合裂缝。

3.1.4 冻缩裂缝 冻缩裂缝主要是路基冻胀及收缩产生的开裂。这种裂缝在路面与路肩交界处最常见。

3.2 影响沥青混合料低温抗裂性的因素 影响沥青混合料低温抗裂性的主要因素有：材料特性如沥青的感温性、感时性、老化性能等，路面结构几何尺寸如面层的厚度等，气温等环境因素如温差等。

3.3 沥青混合料低温抗裂性的改善措施 混凝土的低温变形能力在很大程度上取决于沥青材料的低温性质、沥青与矿料的粘结强度、级配类型以及沥青混合料的均匀性。应从设计与施工两个方面来进行考虑。

3.3.1 设计方面 ①在进行半刚性路面设计时，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。②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的措施。③为进一步提高表面层抗温度裂缝性能，可采用橡胶沥青或聚合物沥青在沥青混凝土表面做一封层。④设置应力消减的中间层。 3.3.2 施工方面 ①严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量，其不能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。②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。③透层或粘层完成后，应尽快铺筑沥青面层。

4 结语

沥青混合料是一种典型的粘—弹性材料，它的承受能力或模量随着温度的变化而改变。沥青混合料不仅应具有高温的稳定性，同时还要具有低温的抗裂性，以保证路面在冬季低温时不产生裂缝。目前国内外都已经注意到混合料开裂的严重性，并从沥青路面的横缝调查入手，进行了研究。这已引起了我国道路工作者的普遍关注，相信日后一定会找到解决的方法。

参考文献：

[1]郭忠印.沥青路面施工与养护技术.北京，人民交通出版社，2003.

[2]路基路面工程.宋金华，张彩利，张雪华主编.北京，人民交通出版社，2006.9.

[3]田文玉，江利民主编.道路建筑材料.北京，人民交通出版社，2004.8.