低温地区沥青路面结构设计分析
发表时间：2019-05-23T11:01:43.723Z 来源：《防护工程》2019年第1期作者：潘攀
[导读] 因此对沥青路面进行结构设计具有非常重要的意义，特别是针对低温地区的沥青路面，合理的结构设计有助于提高道路使用寿命与质量。
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摘要：本文就低温地区沥青路面结构破坏类型及低温影响效果进行简单分析，并从沥青混合料、基层结构、联结层结构及表面层结构四个方面展开设计研究，旨在为低温地区沥青路面结构设计提供参考建议。
关键词：低温地区；沥青路面；结构设计
沥青路面具有平坦整洁、环保美观、舒适安全、维修养护简单等特点，因此逐渐成为世界道路桥梁建设工程首要选择，调查发现沥青路面在我国道路建设项目所占比重也呈现逐渐增加的趋势。因此对沥青路面进行结构设计具有非常重要的意义，特别是针对低温地区的沥青路面，合理的结构设计有助于提高道路使用寿命与质量。
一、低温地区沥青路面结构破坏研究
1、沥青路面结构破坏类型
通过对部分沥青道路调研发现，虽然道路结构、材料配比及使用年限存在较大差异，但道路路面呈现的结构破坏类型及特点却大致相同，具体表现在于：低温地区大多存在周期性冻土现象，道路基层在冻胀融缩的物理作用下容易出现结构变异，破坏道路结构引起不同程度的路面开裂问题。图1展示的就是低温地区常见的沥青路面结构破坏类型。
（a）路面剪裂（b）温缩开裂（c）反射开裂
图1 沥青论结构破坏类型
2、低温对沥青路面结构影响
道路建设需要应用到多种建筑材料，这些材料若长期处于低温状态会出现不同程度的收缩现象，由此产生较大拉应力，若拉应力超过材料拉伸强度将会导致材料结构被破坏进而出现开裂问题。道路路面纵向长度远大于横向长度，因此低温收缩引起的裂缝往往呈现为横向间隔，严重时才会出现纵向裂缝。种类各异的沥青基层对应特定的温度拉应力，因此结合实际情况选择合适的沥青材料显得尤为重要。
二、低温地区沥青路面结构设计研究
对低温地区沥青路面进行结构设计研究的时候需要针对基层耐受性、面层抗车辙、表面层抗裂性进行综合考量，因此需要对沥青混合料配比、基层温差、联结层荷载、表面层开裂等内容进行重点分析，以便确保结构设计的科学合理。
图2 沥青路面基本结构图
1、基于感温性能的沥青混合料设计
进行沥青混合料配比设计时需要综合考虑混合料所在位置及耐受特点，进而实现最优设计。图2展示的是沥青路面基本结构，分析可知表面层及联结层处于主要压力承载的高压应力区域，在进行建筑设计时需要选择抗磨损、高模量的沥青混合料，联结层处于表面层与基层的过度位置，最好选择传导效果优异的沥青材料，以便做好路面压力疏导工作。基层结构承受较大的拉应变，就整个路面而言担负着路面压力的重任，因此就沥青道路基层而言结构设计需要围绕荷载疲劳展开，研究发现沥青占比高的混合基层能够承受更大的荷载压力，有效避免了疲劳裂缝的出现。对于处于低温地区的沥青路面设计还需要着重考虑混合料感温性能，不同类型的沥青混合料其感温性能存在差异，在此基础上计算获得代表其粘弹性的劲度抗压指标，进而明确沥青混合料在特定温度时的物理特性。
2、基于大温差作用的沥青基层设计
沥青路面各结构在低温大温差的作用下会沿着路面横向出现不均衡温度场，此时的沥青路面这一受约整体在温度场作用下将产生温度
拉应力，研究发现相同环境温度下不同类型的沥青路面表面层拉应力大致相同，由此可知沥青路面表面层不会受到环境温度的较大影响。通过对沥青路面基层温度拉应力进行调查发现，不同类型沥青混合料的拉应力变化较大，混有碎石，水泥占比低的沥青混合料受环境温度影响最小，主要原因在于碎石材料很少出现干缩开裂问题，因此在大温差的作用下能够有效避免路面裂缝的出现，进而起到保护沥青路面的作用。为了更好的避免裂缝出现，还可以在里面基层上方铺设沥青沙，以便降低温度拉应力，提高基层对于环境温度的耐受性。
3、基于低温、荷载的沥青联结层设计
为了综合考虑环境气候对于沥青路面的物理影响，还需明确低温、荷载的整合作用，联结层作为路面基层和表面层的过度结构，应该着重考虑耐受性、稳定性等因素，因此最好选择骨架密实的粗骨料搭配稳定性能较好的胶结料，同时采用粒径为1mm的集料及碎石提高沥青混合料内摩阻力。内摩阻力的增加能够降低沥青路面各结构层之间的拉应力，能够延缓低温荷载对于路面结构的不良影响。沥青碎石组成的稳定层在低温荷载的共同作用下能够分担表面层与基层的开裂压力，有效提高沥青路面抗裂性能，在低温地区沥青路面结构设计中独具优势。此外还需注意的是联结层胶结料的选择需要与表面层保持一致，以便获得最佳联结效果。低温地区沥青路面裂缝问题主要由低温因素引起，车辆荷载会提前加剧此类问题的危害，因此需要重点关注低温荷载这一综合因素对于沥青路面结构的影响。
4、基于开裂拓展的沥青表面层设计
就沥青路面表面层而言由于长期受到车载压力，势必会出现不同程度的磨损，在对其进行结构设计的时候需要从开裂性、耐受性、磨损性、渗水性等多个方面展开，尤其需要针对开裂作用对沥青表面拓展性能进行系统分析。研究发现裂缝拓展情况随着初始裂缝深度增加而加剧，对于路面整体结构产生恶劣影响。对于深度相同的裂缝其路面裂口呈现尖端形状时，由于压力集中导致表面层开裂问题严重。低温地区沥青路面在进行结构设计的时候需要确保混合料孔隙率在6%以下，同时选择沥青稳定碎石作为沥青路面表面层建筑材料，以便于提高表面层抗开裂拓展性能，有效避免沥青路面开裂问题。对于路面表面层磨损严重的位置需要进行洗刨处理，并结合实际情况对其填补厚度进行适当调整。
三、结论
低温地区沥青路面进行结构设计的时候需要针对结构破坏类型及低温影响因素进行综合考虑，以便确保结构设计的科学合理。通过本文研究可知：表面层、联结层需要选择抗磨损、高模量的沥青混合料，基层需要选择沥青占比高的混合材料；混有碎石，水泥占比低的沥青混合料受环境温度影响最小，在大温差作用下能够有效避免路面裂缝的出现；沥青碎石组成的稳定层在低温荷载的共同作用下能够分担表面层与基层的开裂压力，有效提高沥青路面抗裂性能；裂缝拓展情况随着初始裂缝深度增加而加剧，沥青稳定碎石能够提高表面层抗开裂拓展性能。
参考文献
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