沥青路面低温性能评价指标研究综述

沥青路面低温性能评价指标研究综述

张潇潇[1]

1.重庆交通大学土木工程学院，重庆  400074

摘要：本文针对目前沥青混凝土低温性能的研究状况，介绍了沥青混凝土低温开裂的研究进展和路面开裂的成因，对沥青胶结料及沥青混合料的评价指标等方面进行了综述，此外，对未来沥青路面低温性能的研究做出了展望。

关  键  词：沥青混合料；低温抗裂；评价指标

中图分类号：U414      文献标志码：A

0  引言

由于温度和荷载的作用，沥青路面的性能会逐渐退化，并由此引起各种病害，严重影响公路使用者的安全性、可靠性和舒适性。比较常见的评价沥青路面低温性能的指标主要包括低温延度、低温针人度、弗拉斯脆点、当量脆点等，这些指标是衡量沥青低温特性的重要指标[1]，本文综述了沥青路面性能评价指标，可以为未来的更加深入的研究提供参考。

1  沥青路面低温开裂成因分析

沥青路面低温开裂的成因多种多样，其成因有内、外两个方面[2]：内部因素主要包括沥青混合料的组成与结构特征，例如集料类型、沥青种类、沥青用量、级配类型、外加剂等；外部原因包括交通负荷、环境因素等。目前，由于温度过低导致的沥青路面收缩开裂的原因主要有两种，一种由Hills等人提出，结果表明，随着温度的持续下降，沥青路面的应力松弛作用不能完全消除累积的温度应力，从而导致沥青路面出现裂缝[3]。

式中：——时所累积的温度应力；

——温度T条件下沥青混凝土的低温收缩系数；

和——起始温度和冻断温度；

——在T温度下，沥青混合料的强度模量为At；；

——温度间隔。

随着温度的升高，弹性模量降低，松驰性能得到改善。在混凝土中，当混凝土中出现一定的应变后，混凝土中的应力会随着时间的推移而降低，因此在混凝土中不会出现裂缝。但在温度突然降低后，沥青混合料的弹性模量增加，松弛性能迅速降低，且在较短的时间内没有得到充分的释放，导致混凝土表面的温度应力在一定的时间内不断累积。当沥青混凝土中的温度应力累积到一定程度，超过了其极限承载能力时，累积的应力释放会引起裂缝。

2  沥青路面低温性能研究综述

沥青混凝土的低温开裂是在考虑收缩性能、松弛性能和断裂性能的基础上进行的。加拿大早在六十年代就开始了对沥青路面低温收缩裂缝的研究。郝培文[4]等人以沥青混凝土的低温抗裂指数为研究对象，结合现有的几种评定方法，并结合各种测试结果；在低温螺变实验中，0 C和10%的破坏载荷应力水平更适合于不同的沥青混合料，而0℃的压缩应变能是衡量沥青混凝土低温抗裂性的一个重要指标。

总之，目前国内外的许多研究都是以低温开裂性能为基础，而低温抗裂性能是由低温松弛、低温收缩、低温开裂等多种物性指标组成的，如果只考虑低温开裂性能，则难以反映出抗裂性能最优的水平。

3  沥青路面低温性能评价指标研究综述

3.1  沥青胶结料低温性能评价指标

1）针入度

针入度是一个很好的表征，在相同的温度敏感度的条件下，当针人密度越大时，沥青胶结料的强度越低，越能显示出更好的低温性能

2）低温延度和测力延度

沥青的延度是感温性的一个重要指标，随着延度的增大，其耐热性能也随之提高。

3）脆点与当量脆点

弗拉斯脆点是衡量低温下沥青脆性断裂的一个重要指标，目前世界各国均采用这种方法，人们普遍认为，随着脆点的降低，其低温性能也会随之提高。

4）低温黏度和温度敏感性指标

低温粘度是低温时的沥青的变形特性，低温粘度很低的时候，说明其具有很高的弹性，并具有较好的抗裂性。

5）劲度模量和临界开裂温度

劲度是衡量沥青的粘弹性的一个重要指标，美国SHRP建议采用BBR和DTT测量的蠕变劲度、蠕变斜率及断裂应变，对其进行了综合评价。

6）玻璃化温度及动态力学指标

玻璃化温度是聚合物链的形成和固化过程中的反应。

3.2  沥青混合料低温性能评价指标

1）半圆弯曲试验

Li[5]等人利用MnRoad实验路线，通过半圆弯曲实验，对不同胶结料（PG58-40、PG58-34、PG58-28）的断裂能进行了比较，结果表明，在-30℃下，PG58-40断裂能最大，PG58-28是最小的。

2）直接压缩拉伸试验

Braham[6]等对28种冻土沥青混合料进行了试验，分别考察了集料种类、温度、含气量和含气量对试验断裂能的影响。但在-2℃、+10℃的实验条件下，断裂能对沥青的掺入量和孔隙率的影响不大。

3）间接拉伸试验

间接拉伸试验（IDT）是目前国内外研究较多的一种测试手段，它也是目前国际上使用最多的一种测试手段，也是力学经验法路面设计的必要手段。

4  结语及展望

目前，国内外研究人员对沥青混合料的低温性能已经进行了深入的探讨。无论是北方还是南方，都要考虑到其低温特性，以防止冬季严寒时出现的温度应力过大，从而造成路面裂缝，从而影响到路面的正常使用。本文通过对沥青路面低温特性的研究，综述了沥青路面低温开裂的成因和沥青路面低温性能的评价指标，对于提高沥青路面低温性能有很好的指导作用，并提出以下一些展望：

1)传统的低温针人度、低温延度、针人度指数、低温粘度等指标不能反映沥青的低温性能、测试困难、对不同沥青无区分度、不能反映沥青低温敏感性及无法反映实际路用性能等缺点，不适合评价沥青的低温性能。而 BBR和 DDT实验所得的临界裂纹温度和劲度模量，则是适用于沥青粘结剂低温性能的评估

2)半圆型弯曲试验断裂能指数对试验和材料参数的敏感性较高，且与现场裂缝关系较好，可以用来评估沥青路面的抗裂特性。

参考文献（References）：

[1]沈金安. 沥青及沥青混合料路用性能[M]. 人民交通出版社, 2001.

[2]魏宗昊璇. 基于区域特征的河北省寒冷地区高速公路沥青路面低温抗裂性能研究[D]. 长安大学, 2020.

[3]Hills J F, Brien D. The fracture of bitumens and asphalt mixes by temperature induced stresses[J]. 1966..

[4]郝培文, 张登良, 胡西宁. 沥青混合料低温抗裂性能评价指标[J]. 西安公路交通大学学报, 2000(3): 1–5.

[5]Li X, Marasteanu M. Evaluation of the low temperature fracture resistance of asphalt mixtures using the semi circular bend test[J]. Asphalt Paving Technology: Association of Asphalt Paving Technologists-Proceedings of the Technical Sessions, 2004, 73: 401–426.

[6]Braham A F, Buttlar W G, Marasteanu M O. Effect of binder type, aggregate, and mixture composition on fracture energy of hot-mix asphalt in cold climates[J]. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2007, 2001(1): 102–109

[1] 作者简介：张潇潇，1997.05.06，女，硕士研究生在读