|
张贝 张永恒 河南省中原路桥建设（集团）有限公司 河南 南阳 473000 摘要：本文根据高寒地区高温、低温、以及降雨量等气候影响因素，有针对性地建立沥青路面使用性能的气候分区，并在此基础上分析适合相关环境因素的沥青胶结料性能和沥青混合料设计指标要求。 关键词：高寒地区；沥青路面；使用性能 高寒地区的气候多样性导致沥青混合料的设计需要综合考虑环境因素的影响。公路建设过程中，为了区分不同区域之间的筑路差异性，应针对高寒地区的气候特点，进一步细划气候分区。调查表明，高寒地区对沥青路面影响最主要的自然因素是低温冻胀、降水以及过高的紫外线辐射。根据高寒地区自然因素合理的选择指标直接关系着沥青路面的使用寿命和服务能力。 1.气候特征与沥青路面使用性能的相关性分析 沥青路面结构裸露在地表，直接受到自然气候因素的影响。实践表明许多路面特别是自然气候条件恶劣地区的沥青路面受到自然力的破坏比遭受到所施加车轮荷载的破坏更为严重。气候是公路建设中最活跃的因素，气候的特点、分布规律及变化直接影响到路基路面的强度和稳定性，其对沥青路面的影响主要表现在温度和湿度以及紫外老化产生的疲劳破坏三个方面。 1.1温度对沥青路面的影响 沥青混合料是典型的感温性材料，由此铺筑的沥青路面结构层刚度对温度的变化很敏感，其强度和模量都随温度的升降而产生变化。夏季高温时，在行车荷载的重复作用下，沥青面层的永久变形容易积累形成车辙；另外由于行车荷载的加速与减速，路面受到很大的水平作用力，容易发生推移（拥包）等剪切破坏：冬季低温时，面层易开裂。沥青路面的低温缩裂主要分为两大类：一类是温度下降而造成路面的开裂，它与沥青混和料的体积收缩有关；另一类是属于路基或基层收缩与冰冻共同产生的裂缝。因此，在公路的设计、施工和养护中必须要考虑到温度的影响。 1.2湿度对沥青路面的影响 公路沥青路面的破坏大多数与水有关，尤其是一些山区公路由于缺乏排水设施或排水设施损坏，导致了路面的早期损坏严重，因此，在公路和公路设计中应有相应的对策。季节性冰冻地区的公路设计应考虑抗冻要求，主要病害是冻胀和翻浆；对降雨量较大地区则必须对路基路面的排水引起足够的重视等，因而如何根据各地自然区域的特征，对公路设计、建筑材料的选择和路面方案的拟定等，进行综合考虑是十分必要的。 1.3紫外线对沥青路面的影响 高原气候具有寒冷、日温差大、紫外线辐射强等特点，这种气候对于沥青路面的使用性能有显著的影响，特别是紫外线老化对沥青路面耐久性的破坏。资料表明，紫外老化主要加速沥青的老化，造成沥青路面的使用性能劣化。紫外线之所以会造成沥青路面的老化，很大程度上在于紫外线辐射使沥青的组分发生改变。沥青有饱和分、芳香分、沥青质和胶质四个组分。饱和分和芳香分的分子量较小，随着紫外线辐射强度的增加而散失或逐步向大分子量的胶质和沥青质转化，这一过程造成沥青硬化，沥青的粘度和低温性能均会降低，并逐步导致沥青混合料使用性能的降低。 高寒地区沥青路面的病害与紫外线老化因素有密切关系。很多新铺的沥青路面经过一段时间使用后出现泛白现象，且在交通载荷的作用下，沥青面层的油分缺失导致路面逐步形成很多细微裂纹，然后在雨水及冻融等外部自然因素作用下进而形成网裂和坑槽等破坏现象，大大缩短了路面的使用寿命。研究表明，沥青路面紫外线的破坏规律为：路面泛白→沥青硬化→微裂缝出现→裂缝扩展→水和温度等自然因素影响→沥青剥落→路面病害出现→路面破坏。 2.沥青路面气候分区指标的选择 2.1气候分区的高温指标 青海省内各气象站点1997～2014年的气象资料统计表明，青海省主要地区每年最热月集中在7月份和8月份，各年7月份最高气温波动幅度不是很大，基本满足规范对气候分区区间温度的要求。全省各主要地区7月温度以20℃和30℃基准线进行划分，以西宁为代表的海东地区、海南州、海西州、黄南州和玉树地区均高于20℃，而果洛和海北地区却低于20℃。说明青海省整体处于夏凉和夏热区，但夏热地区的气候分区与规范相比应该扩大，诸如玉树地区、黄南州地区等应在气象资料的基础上进一步细分。 2.2气候分区的低温指标 采用最近30年内的极端最低气温作为反映路面温缩裂缝的气候因子，并作为气候区划的二级指标。按照部颁规范设计低温分区指标，青海省大部分为冬寒区。青海省1984～2014年的气象资料统计表明，青海省大部分区域最近30年内极端最低气温在-37至-21.5之间，属于冬寒区，同时低于-37摄氏度的地区也较原划分标准多。极限低温的区域主要出现在祁连山地和青南高原。 2.3气候分区的雨量指标 青海省整体降雨量较少，按照规范降雨量的划分标准，可划分为干旱、半干旱区和湿润区3个区，全省干旱区主体集中在海西地区，湿润地区主要集中在玉树州南部、果洛州东南部、黄南州东部以及门源地区，其余地区为半干旱地区。 3.沥青路面基层与面层使用性能要求 3.1路面基层使用性能要求 从公路使用状况调研分析结果来看，由于青海省高寒地区的碎石/砂砾分布广泛且级配较好，所以该地区干线公路的沥青路面的基层大多是由水泥稳定碎石/砂砾铺筑，而垫层很多由级配碎石/砂砾来铺筑。在干寒地区蒸发量大、日较差大、全年低温期长的气候条件下，半刚性基层表现出较为严重的收缩开裂行为，由收缩引起的横向裂缝已成为干寒地区沥青路面的主要问题之一，其发生是不可避免的，但尽可能减少并推迟其发生的时间则是可能的。高寒地区持续低温作用以及高低温循环变化使得半刚性基层出现冻融、冻胀破坏，强度大幅降低、承载力不断下降。可见，高寒地区路面基层的半刚性基层收缩开裂及低温作用下强度难以形成的问题，目前亟待解决的问题。因此，在高寒地区，水泥稳定碎石基层材料应具有更高的早期强度及抗收缩性能要求，级配碎石过渡层应具有良好的力学特性和稳定性。 3.2路面面层使用性能要求 在青海省高寒地区，年平均气温低、昼夜温差大、温度变化剧烈，此外由于高原地区云量较少，太阳中的紫外线得不到很好的阻挡，加剧了路面的老化，这对于沥青混合料的低温性能是相当不利的。因此，在研究沥青混合料的低温抗裂性能时就需要把这些客观因素考虑进来。实际上，沥青结合料老化和沥青混合料的老化是不同的。当沥青与集料相互作用后，就有不同的老化效果，尤其是路面使用过程中的长期老化更是这样。因此，研究高寒地区沥青混合料的低温抗裂性能需要对老化的影响加以重视与考虑。青海省高寒地区气候恶劣，温度低，昼夜温差大，温度变化梯度大，因此，混合料设计需要突出其低温性能。老化条件下的沥青混合料的低温抗裂性能和冻稳定性成为高寒地区沥青混合料最为重要的路用性能。 4.结论 沥青路面不仅要满足行车荷载的承载力需求，还需满足并适应外部自然条件相关的耐久性和稳定性要求，沥青路面结构早期损害的出现是路面结构承载力、耐久性以及稳定性不足的综合体现。高寒地区温度、湿度和紫外线是造成沥青路面损坏的主要因素；温度和湿度加剧了沥青路面的冻融破坏和低温开裂，紫外线辐照则加剧了沥青胶结料的老化，进而导致沥青路面使用寿命降低。  |
|
|
简述高寒地区公路沥青路面使用性能要求
