就瀝青路面的溫縮裂縫而言,裂縫的發(fā)生與瀝青結(jié)合料和瀝青混合料的低溫抗裂性能直 接相關(guān),提高瀝青及瀝青混合料的質(zhì)量對于減少及防止橫向裂縫有極為重要的影響。

針對瀝青面層低溫收縮開裂問題,國內(nèi)外從60~70年代起進行了眾多的調(diào)查與研究。例 如,日本北海道大學(xué)的菅原昭雄和久保宏對北海道地區(qū)的溫縮裂縫進行了大量調(diào)查后認(rèn)為,溫 縮裂縫是與北方寒冷地區(qū)的凍縮裂縫不同類型的低溫裂縫,溫縮裂縫是從表面開始逐漸向下 擴展的,它與道路方向大體上垂直,大部分從第二年起便大量發(fā)生,并逐年增多。由于瀝青材 料的不均勻性及各種缺陷,路面開裂多半是從路邊緣、標(biāo)志線、鉆孔、雨水井等不利位置開始, 逐漸延伸發(fā)展的。在十年內(nèi)冰凍指數(shù)1000℃-d以上的地區(qū),裂縫發(fā)生較多。除冰凍指數(shù)外, 與最低氣溫及降溫速率的關(guān)系更密切。在氣候溫暖的地區(qū),由于溫度升降的反復(fù)作用,也會產(chǎn) 生溫縮裂縫等。

 綜合國內(nèi)外的調(diào)查研究,影響瀝青面層溫度裂縫的因素主要有:

 1.瀝青性質(zhì) 

(1)瀝青油源

 不同油源決定了瀝青的性質(zhì)已為世界所公認(rèn)。大量的橫向裂縫與瀝青的油源有關(guān)。在壽 光及通縣試驗路上,單家寺瀝青混合料路段的橫向裂縫或舊路開裂反射縫遠(yuǎn)少于勝利瀝青混 合料路段,甚至很多年一條裂縫都沒有。稠油瀝青在低溫時能承受較大的拉伸應(yīng)變,有較低的 勁度模量,所以抗裂性能要高得多,說明選擇油源是提高道路瀝青質(zhì)量的最根本的手段。我國 充分利用國產(chǎn)稠油以及渤海原油中一些環(huán)烷基和中間基原油,同時進口了相當(dāng)數(shù)量的中東原 油煉制的瀝青,在質(zhì)量上有了相當(dāng)?shù)奶岣?已經(jīng)能夠達(dá)到重交通道路瀝青的技術(shù)要求,這是減 少瀝青路面橫向裂縫的最重要的措施。

 (2)瀝青的溫度敏感性 

眾多的研究表明,單用某一個溫度條件下的稠度或粘度指標(biāo)都不足以評價瀝青結(jié)合料的 低溫抗裂性能,無法估計橫向開裂的多少。影響更大的是溫度敏感性。

 (3)瀝青勁度 

瀝青混合料的低溫勁度是決定是否發(fā)生開裂的最根本因素,瀝青勁度又是決定瀝青混合 料勁度的關(guān)鍵, 因此國外已經(jīng)提出了一些瀝青勁度的限值。Read shaw提出在接近最低使用溫 度時, 瀝青結(jié)合料的7200s勁度不超過200MPa時開裂很少, Caw則假設(shè)瀝青在1800s和斷裂溫 度下的勁度模量為1000MPa, From m和Phang提出根據(jù)荷載作用時間為10000s時的勁度為 1400MPa來選擇瀝青的標(biāo)號。Dene從圣安妮試驗路20年調(diào)查得出瀝青結(jié)合料的極限勁度為1000MPa(1800s) , 而Dickinson提出瀝青臨界粘度在45℃時為5.7igPa.s, 50℃時為5.17lgPa.s (速率為0.05s)。美國賓州試驗路的結(jié)果證實,橫向裂縫與瀝青的勁度最為相關(guān)。 

(4)瀝青的針人度 

當(dāng)溫度敏感性相同時(或者油源相同),針人度大的瀝青有較低的勁度模量,比硬瀝青的路 面裂縫少。僅僅是表面采用軟的瀝青,中下層采用硬質(zhì)瀝青的,并不能完全排除溫縮裂縫。 

(5)延度 

低溫延度與開裂有一定關(guān)系。美國從賓州試驗路結(jié)果得出結(jié)論:開裂與15℃延度有關(guān), 并建議將15℃延度(T FOT后) 標(biāo)準(zhǔn)從15cm提高至30cm, 以減少荷載引起的裂縫。第18屆道 路會議總報告認(rèn)為只有0℃延度能更好地說明黏聚力。老化后的延度僅適用于氧化瀝青及多 蠟瀝青,10℃延度能粗略地估計低溫性能,25℃延度一般都能大于100cm,很少能反映其使用 性能。

 對于瀝青的低溫性能優(yōu)劣,還可以參考瀝青的側(cè)力延度試驗結(jié)果。所謂側(cè)力延度試驗,可 用一般延度試驗同時測得隨拉伸長度變化的拉力,把得到試驗結(jié)果繪圖,橫軸代表拉伸長度, 縱軸是與其相對應(yīng)的拉力,就得到一條向上凸起的曲線,這條曲線陡度越急,呈尖狀,則這種瀝 青是很脆的,用該瀝青鋪路,可以斷定其抗低溫裂縫的能力很差。

 (6)瀝青的感時性(針入度時間指數(shù)) 

瀝青延度試驗的拉伸速率為10-2/s左右,而路面降溫時的應(yīng)變速率約為10-7~10-*/s, 因此還必須考慮瀝青的感時性的影響。感時性大,表示非牛頓瀝青的粘性凝聚力結(jié)構(gòu)容易遭 到破壞。在很低溫度時溫降收縮幾乎不發(fā)生粘性流動,只在凝膠結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力積聚,并提 早在集中力薄弱處產(chǎn)生裂縫。尖端的應(yīng)力集中導(dǎo)致裂縫擴大并使抗拉強度降低。由于PI大 的瀝青一般感時性較大,所以,一些瀝青標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定PI的上限為+1。

 (7)瀝青的老化性能

 瀝青的老化是由輕質(zhì)油分的揮發(fā)、瀝青的氧化分解及位阻硬化所引起的。氧化及位阻硬 化是引起路面使用期過早老化的主要原因。前聯(lián)邦德國的研究結(jié)果表明,當(dāng)軟化點因老化而 升高至54-56℃時,表層將開裂,軟化點越高,裂縫率越大。日本名神高速公路的調(diào)查表明, 老化后的瀝青針入度下降到45,延度低于20cm時,路面開裂較多。很顯然,瀝青在使用期的 老化越嚴(yán)重,勁度越大,裂縫出現(xiàn)越早。

 (8)含蠟量 

瀝青中含蠟量增加使拉伸應(yīng)變減小,脆性增加,溫度敏感性變大,橫向裂縫增加。