沥青混凝土路面温缩裂缝的研究

摘要：沥青路面温缩开裂是沥青路面使用中均会遇到的主要病害之一，通过现场对沥青混凝土路面温缩裂缝发育规律的观测及沥青混合料室内试验的研究表明:低温变化速率对沥青混凝土路面内部产生温度应力的大小和性质起决定性作用。本文对各种裂缝的形成机理进行了分析，并提出了防治方法。

关键字：沥青路面、裂缝、影响因素、防治措施

中图分类号：TF526文献标识码： A

一、前言

沥青混凝土因其自身的优越性在世界各地道路工程中获得了广泛应用，美国有96％的道路采用沥青混凝土作为面层或加铺层。在我国已建成的高速公路中，半刚性基层沥青混凝土路面所占的比例高达3/4。加之旧的路面采用HMA作为加铺层，使得沥青混合料作为面层在高等级公路中所占的比例更大。因此，对沥青混凝土在车辆荷载和环境作用下的疲劳过程研究一直是国内外比较活跃的研究分支之一。沥青混凝土路面的疲劳破坏主要表现为开裂和永久变形，开裂按照其表现形式又可分为表面裂缝和反射裂缝。表面裂缝大多为横向裂缝，主要是由路表变温产生的，也叫温度收缩裂缝(简称温缩裂缝)，该情况不论是在南方还是北方地区均较普遍，特别是在温差较大的地区，温缩裂缝是其主要病害之一。

二、沥青混凝土路面温缩裂缝影响因素

据调查研究，影响沥青面层温度裂缝的因素主要有：

1、沥青性质

不同油源决定沥青不同的性质，同样也决定沥青不同的抗裂性能，大量的横向裂缝与沥青的油源有关。在寿光及通县试验路上，单家寺沥青段的横向裂缝或旧路开裂反射缝远少于胜利沥青段，甚至很多年一条裂缝都没有，这是因为稠油沥青在低温时能承受较大的拉伸应变，有较低的劲度模量，抗裂性能特别高，所以选择油源是提高道路沥青质量最根本的手段。在沥青的常规指标中，沥青的针入度和低温延度是重要指标，油源相同时，针入度大的沥青有较低的劲度模量，比硬沥青的路面裂缝少。此外，采用高质量的改性沥青，对延缓开裂时间，也有明显的作用。

2、沥青混合料的组成

沥青混合料的沥青用量对沥青混合料的劲度有影响，一般认为适当增加沥青用量，可以降低沥青混合料的低温劲度模量，增强柔韧性，能使抗裂性能提高。混合料的级配不同，降温时混合料的温度应力增长图式有较大差异，粗粒径的、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，使温度应力有所减少，裂缝减少。矿粉的用量要适宜。矿料过多，在低温时沥青混凝土的脆性会增加，路面在冬季易产生裂缝。因此，矿粉含量也不宜过多。

3、路面结构的几何尺寸

沥青路面的几何尺寸与温度裂缝有密切关系。一般窄路面比宽路面的温度裂缝间隔近。沥青层厚度对抵抗温缩裂缝有明显影响，但是与沥青性质相比，增加厚度的效果远不如提高沥青性能的效果明显。在山东寿光试验路上，采用质量好的单家寺沥青，较薄的面层的横向裂缝可能很少甚至没有，常采用质量不好的胜利沥青时，即使很厚，裂缝也大量发生。当然在使用相同沥青的前提下，沥青厚度大的比薄的裂缝率小，这对温度收缩裂缝及反射裂缝都是有效的。

4、基层的影响

同样的沥青混凝土层，铺筑在不同的基层上，由于层间联结和摩擦系数不同，温度裂缝的数量也不一样。在未处理的集料基层上铺设沥青层，与粒料基层粘结完好，粒料层的温度系数小，沥青混凝土层的温度系数也会减少，能显著的减少低温开裂的发生率，为了减少基层的收缩性，需要减少集料中细粉的含量。

半刚性基层与柔性基层相比热容量小、与沥青面层的附着性能差（透层油的渗透效果差时尤其严重），再加上半刚性基层本身收缩（干缩、温缩）大的附加影响，即使不计入反射性裂缝，沥青路面的温缩裂缝也会明显增加。由于基层与沥青层的附着性能差，将使面层有一定自由收缩变形的可能性，混合料的应力松弛性能得不到充分发挥，温度应力无法传递到基层中去，而在面层内部积聚，容易产生开裂。基层裂缝上部的沥青层厚度从40mm增加到60mm，破坏应变将提高一倍。在季节性冰冻地区，冬季冰冻将诱发水分向上积聚，甚至在沥青层下面形成冰层，它将使界面变得更光滑，从而使沥青层自由的暴露在大气中，大幅度降低抵抗温缩裂缝的能力。因此，减小基层收缩附加影响与面层收缩的共同作用或任何减轻基层收缩及减轻反射裂缝的措施都将有利于半刚性路面温缩裂缝的产生。

5、气候等环境因素

降温是产生沥青路面温缩裂缝的最直接起因。温度应力实验表明,降温速率越大,混合料收缩应变速率越大,材料的应力松弛性能越难发挥,积聚的温度应力越高,脆化点温度越高,也就越容易发生开裂;另一方面,即使一次降温未达到破坏温度的地区,但处于接近该温度的低温状态下,混合料内部也将发生微裂缝,随着低温时间持续的延长,裂缝不断扩展,也将发生开裂。

6、路龄

温缩裂缝随路龄不断增加,缝宽加大,缝间距缩短,甚至远远短于路面的宽度。这是由于沥青老化、劲度增高、极限拉伸应变减少及温度反复左右疲劳作用的结果,但这些一般是在开始几年比较明显,3～5年后便趋于稳定。

三、温缩裂缝的防治

1、认真选择材料

（1）注意沥青的油源，在严寒地区采用针入度较大、粘度较低的沥青，对防治沥青路面开裂有益，但同时要满足夏季的要求。（2）选择用温度敏感性小（PI大）的沥青有利于减少沥青路面的温度开裂。从改进沥青性能来说，改善感温性是最根本的措施。（3）采用低温延伸性能好、应力松弛性能好的沥青结合料，采用PG的低温等级较低，低温延度(10℃、5℃)大的沥青。（4）采用100%轧制碎石集料拌制沥青混合料。（5）采用吸水率小的集料，粗集料的吸水率应严格控制至小于2%。（6）沥青用量在马歇尔最佳用量±0.5%范围内对裂缝影响小，若使用较多的沥青用量，对低温抗裂是有益的，但必须注意对高温稳定性的负作用。（7）掺加纤维、使用聚合物改性沥青、天然沥青改性沥青。

2、精心设计，选择合理的沥青混合料和沥青路面结构

（1）适当增加沥青面层厚度，可有效防治沥青路面低温开裂。此项措施不仅能防止温缩裂缝，而且能防止半刚性基层开裂的反射性裂缝。（2）采用柔性基层或者在半刚性基层和沥青层之间设置级配碎石过渡层，减少半刚性基层开裂与温缩裂缝的综合作用。（3）选择空隙率小、不透水的密级配沥青土作为路面结构层，设计空隙率宜降低采用2%～4%。尽可能采用沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）作面层。（4）选用摩擦系数大，粗糙的基层对沥青路面开裂有利。（5）土基为粘性土时，沥青路面开裂有减轻的趋势。

3、认真施工

（1）充分碾压，在寒冷地区的沥青路面，压实度最好提高到98%以上,有效地降低施工结束时的残余空隙率至小于6%。（2）严防施工过程中的工序交叉干扰，杜绝施工污染。尽可能在同一年内完成半刚性沥青路面基层和沥青层的施工。确保沥青层成为一个整体。（3）改善沥青路面压实度检验方法，尽量减少取样钻孔的频度，钻孔处必须仔细回填，不致留下缺陷。钻孔处经常是温缩裂缝的发源地。（4）做好接缝，避免冷接缝，做好与排水井等人工构造物的接头。

四、结束语

综上所述,沥青混凝土温缩裂缝的研究是一个十分复杂的过程,但其开裂的机理和影响因素的研究已趋于全面,而其他方面因素,还需要长时间的实验与观察。

参考文献：

[1] 徐觅：《沥青路面低温开裂问题的探讨》，《黑龙江交通科技》，2011年07期

[2] 姜铁 张春刚 王海玲 张吉哲 孟凡宇：《沥青路面低温开裂问题的探讨》，《建材世界》， 2010年05期

[3] 杨震：《浅谈沥青路面裂缝及处理》，《中小企业管理与科技(下旬刊)》，2009年05期

[4] 热孜万古丽・沙塔尔：《沥青路面低温开裂问题的探讨》，《石油沥青》，2008年01期