外界溫度及透水性對瀝青路面壽命的影響

　　目前瀝青路面的設計方法是建立在路面層狀彈性體系理論的基礎上，依據車輛荷載的反復作用使結構層產生疲勞破壞這種原理，確定路面的設計使用年限，即耐久性設計。通過對瀝青路面使用情況的大量調查，發現瀝青路面普遍存在的質量問題主要是大部分路面未達到設計使用年限即發生早期破壞。這些早期破壞大都與瀝青路面的外界溫度和透水性有關。下面，筆者就此進行分析。
　　一、外界溫度對瀝青路面壽命的影響
　　1.高溫影響
　　高溫對瀝青耐久性的影響是由于熱能加速瀝青分子的運動，施工加熱引起瀝青中輕質油分揮發外，還能促進瀝青化學反應的加速，導致瀝青技術性能降低，甚至產生嚴重劣化。瀝青混合料的強度和抗變形能力與溫度的升降成反比。溫度升高時瀝青的粘滯度降低，礦料之間的粘結力削弱，導致強度降低。在停車地點（平面交叉路口、停車站、停車場等）和行車變速的路段上，由于行車的啟動和制動，加速與減速，路面可能受到很大的水平作用力（可達到0.6～0.8MPa），大體上與垂直應力相當，并且在車輛的重復荷載作用下會發生累積變形。此時若瀝青混合料的高溫穩定性不足，路面就會產生較大的剪切變形，導致路面的破壞。
　　影響瀝青混合料高溫穩定性的因素主要是：瀝青和礦料的性質、其相互作用的特性、礦料的級配組成等。為了提高瀝青混合料的高溫定性，可采用提高粘結力和內摩阻力的方法。在混合料中增加粗礦料含量，或降低剩余空隙率，使粗礦料形成空間骨架結構，就能提高混合料的內摩阻力。適當提高瀝青材料的粘稠度，控制瀝青與礦粉的比值，嚴格控制瀝青用量，采用具有活性的礦粉，以改善瀝青與礦粉的相互作用，就能提高混合料的粘結力。此外，在瀝青混合料中使用滲入聚合物（如天然橡膠、合成橡膠、聚乙丁烯、聚乙烯等）改性的瀝青，也能取得比較滿意的效果。
　　2.低溫影響
　　當瀝青路面溫度降低時，瀝青粘滯度增高，因而強度增大，強度隨溫度而變化的幅度很大，相差幾倍甚至幾十倍。氣溫下降，特別是在急驟降溫時，會在路面結構上產生溫度梯度，路面面層遇降溫而收縮的趨勢會受到其下部層次的約束，在面層產生拉應力。當拉應力超過瀝青混凝土的強度時，就會造成面層開裂。瀝青路面的低溫縮裂，大致可分為兩類：一類是溫度下降造成路面開裂，它與瀝青混合料的體積收縮有關。這種裂縫是由表面開始發裂而逐漸發展成為裂縫；另一類是屬于路基或基層收縮與冰凍共同作用而產生的裂縫，這類裂縫是從基層開始逐漸到瀝青面層開裂。裂縫的出現，往往就是瀝青路面損壞的開始，隨著低溫循環的影響，裂縫會進一步擴展，隨后雨水由裂縫滲入路面結構，逐漸導致路面工作狀況惡化。另外，路面所在地區的氣溫愈低，開裂愈嚴重。
　　使用稠度較低、對溫度敏感性低的瀝青，可以減少或延緩路面的開裂，適當增加瀝青面層的厚度可以減少或延緩路面的部分開裂，但是不能根除。
　　3.溫度升降的綜合影響 
　　瀝青材料在較高溫度條件下，具有良好的應力松弛性能，溫度升降產生的變形不致產生過高的溫度應力。但在冬季氣溫驟降時，瀝青混合料的應力松弛趕不上溫度應力的增長，同時勁度急劇增長，超過混合料的極限強度或極限拉伸應變，使會其產生開裂。這種情況在瀝青面層與基層的附著力不夠好，可允許有一定的自由伸縮時，更易發生。這是一次性降溫造成的溫度收縮裂縫。另一種情況是溫度反復升降導致溫度應力疲勞，使混合料的極限拉伸應變（或勁度，模量）變小，又加上瀝青的老化使瀝青剛度增高，應力松弛性能降低，故可能在比一次性降溫開裂溫度更高的溫度下開裂，同時裂縫是隨著透水路齡的增加而不斷增加。
　　二、瀝青路面的透水性對路面壽命的影響
　　瀝青材料是由一些及其復雜的高分子的碳氫化合物的非金屬（氧、硫、氮）的衍生物所組成的混合物。由于其本身的技術特性很復雜，因此透水性與其許多技術特性有關。此外，瀝青路面的透水性與瀝青混合料的空隙率密切相關，空隙率的大小與礦料級配，瀝青用量以及壓實度有關，從耐久性的角度出發，空隙率大的混合料不耐久。
　　水分的來源有兩種情況：一種是常見的雨季降雨，從路表面逐漸向下滲入混合料內部，路面空隙率大充滿水分，這就成為松散、坑槽破壞的主要原因；另一種是雪水從路面裂縫滲入到基層，也可從基層上升進入到瀝青混合料中，或冬季基層下的水分通過毛細作用向上聚積形成聚冰。瀝青面層修筑后，由于它的透水率小，待到春融季節，融化的過分水量一下子蒸發不出去，滯留在面層混合料中，以水膜或水氣的形式影響著瀝青與集料的粘附性，使石料與瀝青的粘附性降低。在長期的交通荷載反復搓揉作用下，由下而上滲入混合料內部，使瀝青膜與集料開始剝離，漸漸地集料開始松散、掉粒，行車時，易發生顆粒推移，產生體積膨脹以及出現力學強度顯著降低等現象，引起路面早期破壞。因此，為了提高耐久性，減輕瀝青地老化，增加瀝青與集料地粘附性，這就要求瀝青混合料地空隙率盡量減小，并要求基層和土層有較好的水穩性。