沥青混凝土路面温缩裂缝的研究

沥青混凝土路面温缩裂缝的研究

边艳艳1曹延杰2

边艳艳1曹延杰2（1、许昌市腾飞市政工程集团有限公司，河南许昌4610002、河南瑞达公路工程有限公司，河南许昌461000）

摘要：本文论述了沥青混凝土路面温缩裂缝机和沥青路面低温开裂的影响因素，提出了防治沥青混凝土路面温缩裂缝的措施。

关键词：沥青路面；机理；影响因素；措施

1沥青混凝土路面温缩裂缝的发展机理

由于沥青面层温度变化而产生的温度裂缝，包括低温收缩裂缝和疲劳裂缝，一般称之为非荷载型裂缝。沥青面层上的非荷载型裂缝主要是温度裂缝。温度裂缝有两种，一种是低温收缩裂缝或简称低温裂缝，另一种是温度疲劳裂缝。

1.1低温裂缝应力分析。沥青材料在较高温度条件下，具有良好的应力松弛性能，温度升降产生的变形不致于产生过大的温度应力，但当气温大幅度下降时，沥青材料逐渐发硬并开始收缩。此时半刚性基层的底部将产生拉应力，当拉应力沥青混合料的应力松弛赶不上温度应力增长，混合料劲度急剧增大。由于沥青面层在路面中是受到约束的，面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度，沥青面层就会开裂。这种情况在沥青面层与基层的附着力不够好、允许有一定的自由收缩时，裂缝就更容易发生。由于沥青路面宽度有限，收缩受路面结构的相互约束小，所以低温裂缝主要是横向的。

1.2温度疲劳裂缝应力分析。这种裂缝主要发生在日温差大的地区。由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳，使沥青混合料的极限拉伸应变（或劲度模量）变小，加上沥青的老化使沥青劲度增高，应力松弛性能降低，最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。根据对大量现有路面的调查结果和实验路段的跟踪检测，沥青路面低温裂缝主要包括横向裂缝和少量纵向裂缝，其中以横向裂缝最为广泛，这是因为横向裂缝的形成主要由于沥青混凝土低温收缩有关。根据在面层和基层均无裂缝的情况下和在面层已有裂缝时进行的光弹试验结果分析:一方面温度向沥青面层底部传递需要一定的时间，不是瞬时完成的，而且沥青面层内部和底部的温度不可能与其暴露表面的温度相同，始终有温度差，即沥青面层中会产生较大的温度梯度。沥青面层愈厚，表面温度与底部温度差愈大，层间温度梯度也愈大。

另一方面沥青面层表面的温度应力随着面层的增厚而增加，面层内的应力随深度而很快减小，同时面层表面的温度应力随降温幅度变小而减小。沥青面层的表面一旦开裂，随着持续低温或另一次降温，在裂缝尖端会产生较大的应力集中，使裂缝向下延伸并逐渐穿透整个沥青面层;由于面层底部与基层表面的粘结作用，裂缝呈现上宽下窄现象。

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，应力松弛性能差，也是容易产生裂缝的一个重要因素，路面开裂以后，温度继续下降便有了自由收缩的可能，此时裂缝宽度将会增加，但是由于沥青面层与基层之间有联结，实际上收缩不是自由的，以后随着使用年限的增加，沥青混合料的劲度模量也同时增加，所以还会产生新的裂缝，从而裂缝间距缩短，裂缝不断加宽，开裂越来越严重。

2沥青混合料低温开裂影响因素

就沥青混凝土路面的温缩裂缝而言，裂缝的发生与沥青结合料和沥青混合料的低温抗裂性能直接相关。

2.1沥青性质。

（1）沥青油源。不同的油源决定沥青的性质已为世界所公认。大量的横向裂缝与沥青的油源有关。稠油沥青在低温时能承受较大拉伸应变，有较低的劲度模量，所以开裂性能要高得多，因此选择油源是提高沥青道路质量的根本手段。（2）沥青温度的敏感性。众多研究表明，单用某一个温度条件下的稠度或粘度指标都不足以评价沥青结合料的低温抗裂性能，无法估计横向开裂的多少。影响更大的是温度敏感性。（3）沥青劲度。沥青混合料的低温劲度是决定是否发生开裂的最更本因素，沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的关键.因此国外已经提出了一些沥青劲度的限值.在接近最低使用温度时，沥青混合料的7200s劲度不超过200MPa时开裂很少，实验的结果证实，横向裂缝与沥青的劲度最为相关。（4）沥青的针入度。当温度敏感性相同时（或者油源相同），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，而仅仅是表面采用软的沥青，中下层采用硬质沥青的，并不能完全排除温缩裂缝。

2.2混合料因素

混合料指的是集料中加入沥青材料构成的材料。混合料中的沥青剂量、空隙率的大小直接影响路面的使用性能。

（1）沥青剂量。沥青混凝土路面表面裂缝包括反射裂缝和自身温缩裂缝，沥青面层裂缝绝大多数是沥青面层本身的温度裂缝，反射裂缝仅占少数。沥青面层的厚度越厚自身的温缩裂缝也越多。影响面层温度裂缝的重要因素是沥青质量，路用沥青面层品质不良是目前我国道路路面早期破坏的主要原因之一。根据所使用的沥青的种类的不同，沥青的最佳含量也不相同，沥青的含量在混合料中以能到达最佳的粘结效果、达到最佳的密实效果为佳，沥青用量不能太多也不能太少。沥青含量太多，其温缩的效果也增大，结构层的强度变小，易出现早期裂缝和车辙现象；沥青的含量太少，达不到最佳的粘聚效果，路面易出现松散、剥落等现象。

（2）混合料空隙率。碾压成型后的沥青混合料的残留空隙率是影响其性质的非常重要的指标，大量研究表明，空隙率大于8%后，沥青混合料的渗透系数可能急剧增大，因此，8%的空隙率可能是沥青混合料中是否存在连通或局部连通空隙的临界值。混合料中的空隙值是由于集料的级配以及集料与沥青之间的粘结效果所产生的。集料中的级配若设计不佳，或施工时用料量没有严格控制、沥青的用量不合理都可能造成混合料的空隙率增大，从而使路面造成早期破坏的概率增大，当没有达到施工的最佳级配时，沥青混合料为悬浮型结构，使混合料的水稳定性和高温稳定性均不理想。沥青混合料级配不理想，路面离析严重，主要表现为粗集料分离现象明显。因此，沥青混合料的空隙率越大，路面在早期越容易形成车辙等破坏现象。

3防止沥青路面开裂的措施

3.1低温收缩开裂的预测

由于低温开裂已成为严重的路面危害，对开裂的预测已为广大道路工作者重视，并已提出许多建议方法。

（1）根据设计温度，选择路用沥青针入度等级。（2）根据设计温度及路面使用的沥青，决定沥青及沥青混合料的极限劲度。（3）根据预测或实测的沥青混合料劲度，预测适用的不产生开裂的环境温度。（4）根据统计规律，预测设计年限的允许开裂率。

3.2技术措施。

（1）增加沥青面层厚度。（2）改善沥青及其混合料的性能。（3）改善基层材料的收缩性。（4）使用低粘度沥青。（5）基层和面层预切缝。

结束语

综上所述，沥青路面的低温开裂是材料因温度下降而产生体积收缩形成的开裂。如果材料不受约束，那么温度下降时就会自由收缩;如果受到限制，在应力等于材料的抗拉强度时，材料收缩就会产生导致开裂的温度应力。由于在低温情况下，沥青混凝土呈弹性，温度应力无法释放，便产生了开裂。

参考文献

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[2]张忠孝.青海地理[M].2004.

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