外界溫度及透水性對(duì)瀝青路面壽命的影響

　　目前瀝青路面的設(shè)計(jì)方法是建立在路面層狀彈性體系理論的基礎(chǔ)上，依據(jù)車輛荷載的反復(fù)作用使結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生疲勞破壞這種原理，確定路面的設(shè)計(jì)使用年限，即耐久性設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)瀝青路面使用情況的大量調(diào)查，發(fā)現(xiàn)瀝青路面普遍存在的質(zhì)量問(wèn)題主要是大部分路面未達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限即發(fā)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(guān)。下面，筆者就此進(jìn)行分析。
　　一、外界溫度對(duì)瀝青路面壽命的影響
　　1.高溫影響
　　高溫對(duì)瀝青耐久性的影響是由于熱能加速瀝青分子的運(yùn)動(dòng)，施工加熱引起瀝青中輕質(zhì)油分揮發(fā)外，還能促進(jìn)瀝青化學(xué)反應(yīng)的加速，導(dǎo)致瀝青技術(shù)性能降低，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重劣化。瀝青混合料的強(qiáng)度和抗變形能力與溫度的升降成反比。溫度升高時(shí)瀝青的粘滯度降低，礦料之間的粘結(jié)力削弱，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。在停車地點(diǎn)（平面交叉路口、停車站、停車場(chǎng)等）和行車變速的路段上，由于行車的啟動(dòng)和制動(dòng)，加速與減速，路面可能受到很大的水平作用力（可達(dá)到0.6～0.8MPa），大體上與垂直應(yīng)力相當(dāng)，并且在車輛的重復(fù)荷載作用下會(huì)發(fā)生累積變形。此時(shí)若瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性不足，路面就會(huì)產(chǎn)生較大的剪切變形，導(dǎo)致路面的破壞。
　　影響瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的因素主要是：瀝青和礦料的性質(zhì)、其相互作用的特性、礦料的級(jí)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(jié)力和內(nèi)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(jié)構(gòu)，就能提高混合料的內(nèi)摩阻力。適當(dāng)提高瀝青材料的粘稠度，控制瀝青與礦粉的比值，嚴(yán)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(jié)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(dāng)瀝青路面溫度降低時(shí)，瀝青粘滯度增高，因而強(qiáng)度增大，強(qiáng)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(shí)，會(huì)在路面結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生溫度梯度，路面面層遇降溫而收縮的趨勢(shì)會(huì)受到其下部層次的約束，在面層產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)瀝青混凝土的強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)造成面層開(kāi)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(kāi)裂，它與瀝青混合料的體積收縮有關(guān)。這種裂縫是由表面開(kāi)始發(fā)裂而逐漸發(fā)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(chǎn)生的裂縫，這類裂縫是從基層開(kāi)始逐漸到瀝青面層開(kāi)裂。裂縫的出現(xiàn)，往往就是瀝青路面損壞的開(kāi)始，隨著低溫循環(huán)的影響，裂縫會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展，隨后雨水由裂縫滲入路面結(jié)構(gòu)，逐漸導(dǎo)致路面工作狀況惡化。另外，路面所在地區(qū)的氣溫愈低，開(kāi)裂愈嚴(yán)重。
　　使用稠度較低、對(duì)溫度敏感性低的瀝青，可以減少或延緩路面的開(kāi)裂，適當(dāng)增加瀝青面層的厚度可以減少或延緩路面的部分開(kāi)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(yīng)力松弛性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致產(chǎn)生過(guò)高的溫度應(yīng)力。但在冬季氣溫驟降時(shí)，瀝青混合料的應(yīng)力松弛趕不上溫度應(yīng)力的增長(zhǎng)，同時(shí)勁度急劇增長(zhǎng)，超過(guò)混合料的極限強(qiáng)度或極限拉伸應(yīng)變，使會(huì)其產(chǎn)生開(kāi)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(shí)，更易發(fā)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(fù)升降導(dǎo)致溫度應(yīng)力疲勞，使混合料的極限拉伸應(yīng)變（或勁度，模量）變小，又加上瀝青的老化使瀝青剛度增高，應(yīng)力松弛性能降低，故可能在比一次性降溫開(kāi)裂溫度更高的溫度下開(kāi)裂，同時(shí)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(duì)路面壽命的影響
　　瀝青材料是由一些及其復(fù)雜的高分子的碳?xì)浠�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(shù)特性很復(fù)雜，因此透水性與其許多技術(shù)特性有關(guān)。此外，瀝青路面的透水性與瀝青混合料的空隙率密切相關(guān)，空隙率的大小與礦料級(jí)配，瀝青用量以及壓實(shí)度有關(guān)，從耐久性的角度出發(fā)，空隙率大的混合料不耐久。
　　水分的來(lái)源有兩種情況：一種是常見(jiàn)的雨季降雨，從路表面逐漸向下滲入混合料內(nèi)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(jìn)入到瀝青混合料中，或冬季基層下的水分通過(guò)毛細(xì)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(jié)，融化的過(guò)分水量一下子蒸發(fā)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(zhǎng)期的交通荷載反復(fù)搓揉作用下，由下而上滲入混合料內(nèi)部，使瀝青膜與集料開(kāi)始剝離，漸漸地集料開(kāi)始松散、掉粒，行車時(shí)，易發(fā)生顆粒推移，產(chǎn)生體積膨脹以及出現(xiàn)力學(xué)強(qiáng)度顯著降低等現(xiàn)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(wěn)性。