重冰冻区沥青路面层位功能及性能分析

摘要：依托国道线拉布大林至哈达图段公路工程，采用查阅资料结合现场调查的方式，针对内蒙古重冻冰区特殊的环境条件，总结了沥青路面层位功能及性能，并对其主要影响因素进行了分析，结果表明：重冰冻区沥青路面面层应具备四项基本性能，包括低温抗裂性、抗滑耐磨性、抗疲劳性及高温稳定性能，其中以低温抗裂性尤为重要；影响路面性能的主要因素包括3个内因：集料级配、沥青用量及空隙率，外因则为环境因素，相关结论旨在为重冰冻区公路建设提供理论指导。

关键词：重冰冻区；沥青路面；层位；因素分析

内蒙古重冰冻区处于我国北部边疆地带，冬季寒冷漫长，冷空气活动频繁，降雪量多且积雪时间长，造成恶劣的道路工作环境。再加之交通载荷严重、施工材料耐久性不足等因素造成路面早期病害日益突出，严重影响了路面使用质量和寿命［1~2］。其造成的后果不但会影响车辆的正常行驶，更严重阻碍自治区经济的发展。病害导致路面达不到设计寿命就要进行大修，特别是结构性大修，使路面后期养护费用大大提高，不仅给自治区造成巨大的经济损失，还产生了不良的社会影响。

为了大力发展内蒙古自治区交通运输事业，在“一带一路”倡议部署下，内蒙古作为“中蒙俄经济走廊”的核心枢纽地区，是我国对外开放的重要前沿阵地。所以，基于该地区气候条件的特殊性及人为的干扰，为提高路面的使用质量，延长使用寿命，笔者对路面各层位的功能及性能要求进行了分析。

1重冰冻区面层应具备的功能及性能

重冰冻区沥青路面面层暴露在大气中，承受各种车辆荷载和低温环境的综合作用，应对低温性能和耐久性有较高要求；沥青面层与车辆轮胎直接接触，面层也应具备良好的抗滑安全性和平整舒适性。

1.1低温抗裂性能

众所周知，低温开裂是内蒙古重冰冻地区沥青路面存在的主要病害，所以，抵御低温冻裂是该地区沥青混合料应具备的重要性能之一。

内蒙古重冰冻区温度升降频繁，且降温幅度大，沥青路面内部产生较大的应力，当应力来不及松弛时便产生很大的应力累积。当应力累积到一定程度，超过沥青混合料极限抗拉强度时，沥青路面就会通过开裂的形式释放内部堆积的应力。因此，应针对重冰冻地区的温度环境，合理地进行面层沥青混合料优化设计，以减缓温度裂缝的产生。

1.2抗滑耐磨性能

沥青路面面层与车辆轮胎直接接触，沥青面层良好的抗滑性是安全行车的前提。尤其有雨水存在时，路面表层会形成水膜，导致路面抗滑性能大幅度降低。随抗滑性能的衰减，驾驶员操作困难，行车安全受到严重威胁，甚至发生严重的交通事故。与此同时，大量工程实践表明，在公路建成使用初期路面抗滑性能良好，完全满足车辆安全行驶的要求；但经过车辆长期载荷作用后，路表抗滑系数也会大大降低。此外，在内蒙古重冰冻区，冬季积雪期和冰冻期较长，路表经除冰盐处理后，表面仍有部分冰层覆盖，影响车辆安全，因此，应对重冰冻区沥青路面抗滑性能提出更高的要求。

1.3疲劳性能

在车辆荷载和环境因素的反复作用下，沥青路面通常会产生塑性变形，虽然应力未超过沥青混合料的极限强度，不会产生立即可见的破坏，但在路面内部产生微裂缝；在荷载的反复作用下，路面损伤逐渐累积，在损伤累积的过程中，路面材料发生强度衰减，材料的物理力学性能也随之发生变化。比如沥青混合料弹性模量会逐渐减小，相同的应力水平下所产生的应变会不断增加，或在相同的应变水平下，其相对应的应力会逐渐减小。直至路面材料强度衰减累积至一定程度后，沥青路面无法承受车辆荷载，最终导致疲劳破坏。

1.4高温稳定性能

虽然内蒙古重冰冻区夏季气候温凉短促，但高温天气也普遍存在，加之该地区车辆超载现象严重，沥青路面车辙病害时有发生。因此，良好的高温稳定性也是重冰冻区沥青混合料应具备的性能。

在车辆荷载的连续作用下，沥青路面不断产生永久变形而出现车辙病害，在车辆碾压处沥青层厚度逐渐变薄，从而使沥青面层及整体结构的强度有所降低，对行车的舒适性和安全性有着重要的影响。

2影响面层功能及性能的主要因素分析

沥青路面性能受多种因素共同作用，矿料集配、沥青用量和空隙率是主要内因，而外部环境是影响其性能优劣的主要外在因素。

2.1集料级配

沥青混合料是由沥青结合料黏结集料组成的，其结构强度主要通过矿料的嵌挤力及沥青的黏结力构建的。当温度升高时，沥青黏结力降低，此时沥青混合料强度主要由矿料嵌挤力提供。悬浮密实结构沥青混合料密实性和耐久性较好，但该结构嵌挤力较弱，高温导致稳定性较差；骨架空隙结构沥青混合料空隙较大，内摩擦较高，高温稳定性较好，但耐久性差；骨架密实结构能形成较高密实度的骨架结构，路用性能较好，但施工和易性较差。针对重冰冻区气候环境特点及性能要求，应选择合适的矿料级配，以获得良好的路用性能。

此外，矿料级配对沥青路面的抗滑耐磨性能也有重要的影响，增加矿料公称最大粒径能显著增大路面构造深度；选用表面粗糙的集料，可以增加路表的摩擦系数；利用高磨光值的集料铺筑道路表层，可提高路表抗滑能力，在车辆行驶过程中能有效地减少集料磨耗，以确保路面存在持久的抗滑性能。

2.2沥青用量

沥青用量是影响沥青混合料高、低温性能的重要因素。随着沥青用量的增加，沥青混合料应力松弛能力提高，其抗裂性增强，但沥青使用过量会导致高温稳定性较差。当夏季温度升高时，多余的自由沥青变软并在混合料中流淌，形成泛油；除此以外，自由沥青分散在矿料颗粒中，对润滑起到了良好的效果，通过减小集料颗粒间的嵌挤力，使混合料在高温环境中具有较差的稳定性。因此，在内蒙古重冰冻区沥青混合料设计时，应综合高、低温性能，经室内试验求得最佳沥青用量。

2.3空隙率

空隙率是影响沥青混合料路用性能的另一显著因素，混合料疲劳寿命随空隙率的降低而增大。一般情况下，骨架密实型沥青混合料疲劳寿命比骨架空隙型混合料寿命相对较长。沥青路面空隙率与水损害有很大关系，当路面空隙率较大时，提供大量的雨水下渗通道，在车辆高速行驶时路面内部形成瞬态动水压力，使沥青与集料的剥离速度加快，造成剥落、坑槽等严重水损坏现象。重冰冻区冬季寒冷漫长、积雪期长，当雨水聚集于沥青路面内部时，重冰冻环境下雨水冻结，路面内部形成冻胀力，同样加速路面破坏。因此，在铺筑沥青路面时，应把握混合料空隙率在合理范围内。

2.4环境因素

环境因素是影响沥青路面路用性能的主要外因。沥青路面开裂是由低温直接导致的，路面温度应力和收缩变形是温度的函数，降温幅度及速率、低温持续时间和升降温循环次数等都是导致温缩裂缝产生的重要原因。高温是形成路面车辙的主要原因，高温环境下沥青结合料黏性下降，流动性增强，混合料抗剪强度降低，在行车荷载作用下沥青层塑性变形增大。

3结束语

交通作为发展的先行官，对于地区经济和社会的发展具有重要的助推作用。为切实落实好交通强国战略，公路行业也必须依托科技创新来带动行业的高质量发展，改善和提升路面使用性能和公路服务水平。特别是像重冰冻区这类型特殊环境区域，想要实现高的路面性能和品质对公路设计和施工提出了巨大的考验。分析总结发现，良好的低温抗裂性、抗滑耐磨性、抗疲劳性和高温稳定性是内蒙古重冰冻区沥青路面品质应具备的理想性能，矿料级配、沥青用量、空隙率和环境因素是决定该地区路面层性能的主要因素。因此，只有理清重冰冻区沥青路面应具备的性能及影响因素，才能有针对性的改进沥青混合料性能，提高使用品质，延长使用寿命。