就瀝青路面的溫縮裂縫而言,裂縫的發生與瀝青結合料和瀝青混合料的低溫抗裂性能直 接相關,提高瀝青及瀝青混合料的質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,國內外從60~70年代起進行了眾多的調查與研究。例 如,日本北海道大學的菅原昭雄和久保宏對北海道地區的溫縮裂縫進行了大量調查后認為,溫 縮裂縫是與北方寒冷地區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、標志線、鉆孔、雨水井等不利位置開始, 逐漸延伸發展的。在十年內冰凍指數1000℃-d以上的地區,裂縫發生較多。除冰凍指數外, 與最低氣溫及降溫速率的關系更密切。在氣候溫暖的地區,由于溫度升降的反復作用,也會產 生溫縮裂縫等。

 綜合國內外的調查研究,影響瀝青面層溫度裂縫的因素主要有:

 1.瀝青性質 

(1)瀝青油源

 不同油源決定了瀝青的性質已為世界所公認。大量的橫向裂縫與瀝青的油源有關。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量的最根本的手段。我國 充分利用國產稠油以及渤海原油中一些環烷基和中間基原油,同時進口了相當數量的中東原 油煉制的瀝青,在質量上有了相當的提高,已經能夠達到重交通道路瀝青的技術要求,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都不足以評價瀝青結合料的 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 料勁度的關鍵, 因此國外已經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, 瀝青結合料的7200s勁度不超過200MPa時開裂很少, Caw則假設瀝青在1800s和斷裂溫 度下的勁度模量為1000MPa, From m和Phang提出根據荷載作用時間為10000s時的勁度為 1400MPa來選擇瀝青的標號。Dene從圣安妮試驗路20年調查得出瀝青結合料的極限勁度為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果證實,橫向裂縫與瀝青的勁度最為相關。 

(4)瀝青的針人度 

當溫度敏感性相同時(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系。美國從賓州試驗路結果得出結論:開裂與15℃延度有關, 并建議將15℃延度(T FOT后) 標準從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劣,還可以參考瀝青的側力延度試驗結果。所謂側力延度試驗,可 用一般延度試驗同時測得隨拉伸長度變化的拉力,把得到試驗結果繪圖,橫軸代表拉伸長度, 縱軸是與其相對應的拉力,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) 

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構容易遭 到破壞。在很低溫度時溫降收縮幾乎不發生粘性流動,只在凝膠結構內部產生應力積聚,并提 早在集中力薄弱處產生裂縫。尖端的應力集中導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,一些瀝青標準規定PI的上限為+1。

 (7)瀝青的老化性能

 瀝青的老化是由輕質油分的揮發、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。前聯邦德國的研究結果表明,當軟化點因老化而 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 老化越嚴重,勁度越大,裂縫出現越早。

 (8)含蠟量 

瀝青中含蠟量增加使拉伸應變減小,脆性增加,溫度敏感性變大,橫向裂縫增加。