就沥青路面的温缩裂缝而言,裂缝的发生与沥青结合料和沥青混合料的低温抗裂性能直 接相关,提高沥青及沥青混合料的质量对于减少及防止横向裂缝有极为重要的影响。

针对沥青面层低温收缩开裂问题,国内外从60~70年代起进行了众多的调查与研究。例 如,日本北海道大学的菅原昭雄和久保宏对北海道地区的温缩裂缝进行了大量调查后认为,温 缩裂缝是与北方寒冷地区的冻缩裂缝不同类型的低温裂缝,温缩裂缝是从表面开始逐渐向下 扩展的,它与道路方向大体上垂直,大部分从第二年起便大量发生,并逐年增多。由于沥青材 料的不均匀性及各种缺陷,路面开裂多半是从路边缘、标志线、钻孔、雨水井等不利位置开始, 逐渐延伸发展的。在十年内冰冻指数1000℃-d以上的地区,裂缝发生较多。除冰冻指数外, 与最低气温及降温速率的关系更密切。在气候温暖的地区,由于温度升降的反复作用,也会产 生温缩裂缝等。

 综合国内外的调查研究,影响沥青面层温度裂缝的因素主要有:

 1.沥青性质 

(1)沥青油源

 不同油源决定了沥青的性质已为世界所公认。大量的横向裂缝与沥青的油源有关。在寿 光及通县试验路上,单家寺沥青混合料路段的横向裂缝或旧路开裂反射缝远少于胜利沥青混 合料路段,甚至很多年一条裂缝都没有。稠油沥青在低温时能承受较大的拉伸应变,有较低的 劲度模量,所以抗裂性能要高得多,说明选择油源是提高道路沥青质量的最根本的手段。我国 充分利用国产稠油以及渤海原油中一些环烷基和中间基原油,同时进口了相当数量的中东原 油炼制的沥青,在质量上有了相当的提高,已经能够达到重交通道路沥青的技术要求,这是减 少沥青路面横向裂缝的最重要的措施。

 (2)沥青的温度敏感性 

众多的研究表明,单用某一个温度条件下的稠度或粘度指标都不足以评价沥青结合料的 低温抗裂性能,无法估计横向开裂的多少。影响更大的是温度敏感性。

 (3)沥青劲度 

沥青混合料的低温劲度是决定是否发生开裂的最根本因素,沥青劲度又是决定沥青混合 料劲度的关键, 因此国外已经提出了一些沥青劲度的限值。Read shaw提出在接近最低使用温 度时, 沥青结合料的7200s劲度不超过200MPa时开裂很少, Caw则假设沥青在1800s和断裂温 度下的劲度模量为1000MPa, From m和Phang提出根据荷载作用时间为10000s时的劲度为 1400MPa来选择沥青的标号。Dene从圣安妮试验路20年调查得出沥青结合料的极限劲度为1000MPa(1800s) , 而Dickinson提出沥青临界粘度在45℃时为5.7igPa.s, 50℃时为5.17lgPa.s (速率为0.05s)。美国宾州试验路的结果证实,横向裂缝与沥青的劲度最为相关。 

(4)沥青的针人度 

当温度敏感性相同时(或者油源相同),针人度大的沥青有较低的劲度模量,比硬沥青的路 面裂缝少。仅仅是表面采用软的沥青,中下层采用硬质沥青的,并不能完全排除温缩裂缝。 

(5)延度 

低温延度与开裂有一定关系。美国从宾州试验路结果得出结论:开裂与15℃延度有关, 并建议将15℃延度(T FOT后) 标准从15cm提高至30cm, 以减少荷载引起的裂缝。第18届道 路会议总报告认为只有0℃延度能更好地说明黏聚力。老化后的延度仅适用于氧化沥青及多 蜡沥青,10℃延度能粗略地估计低温性能,25℃延度一般都能大于100cm,很少能反映其使用 性能。

 对于沥青的低温性能优劣,还可以参考沥青的侧力延度试验结果。所谓侧力延度试验,可 用一般延度试验同时测得随拉伸长度变化的拉力,把得到试验结果绘图,横轴代表拉伸长度, 纵轴是与其相对应的拉力,就得到一条向上凸起的曲线,这条曲线陡度越急,呈尖状,则这种沥 青是很脆的,用该沥青铺路,可以断定其抗低温裂缝的能力很差。

 (6)沥青的感时性(针入度时间指数) 

沥青延度试验的拉伸速率为10-²/s左右,而路面降温时的应变速率约为10-7~10-*/s, 因此还必须考虑沥青的感时性的影响。感时性大,表示非牛顿沥青的粘性凝聚力结构容易遭 到破坏。在很低温度时温降收缩几乎不发生粘性流动,只在凝胶结构内部产生应力积聚,并提 早在集中力薄弱处产生裂缝。尖端的应力集中导致裂缝扩大并使抗拉强度降低。由于PI大 的沥青一般感时性较大,所以,一些沥青标准规定PI的上限为+1。

 (7)沥青的老化性能

 沥青的老化是由轻质油分的挥发、沥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过早老化的主要原因。前联邦德国的研究结果表明,当软化点因老化而 升高至54-56℃时,表层将开裂,软化点越高,裂缝率越大。日本名神高速公路的调查表明, 老化后的沥青针入度下降到45,延度低于20cm时,路面开裂较多。很显然,沥青在使用期的 老化越严重,劲度越大,裂缝出现越早。

 (8)含蜡量 

沥青中含蜡量增加使拉伸应变减小,脆性增加,温度敏感性变大,横向裂缝增加。