沥青路面抗冻融试验研究现状

苏镇洪 张洪刚 仲文亮

(1.广州市道路养护中心，广东 广州 510080;2.长沙理工大学，湖南长沙 410004)

2008年年初我国南方地区遭遇了冰冻灾害性天气，其影响地域广、持续时间长，造成重大损失。我国南方部分地区在遭遇恶劣天气时产生的冻融损坏，已成为此类地区沥青路面损坏的主要原因之一。因此为弄清有水冻融条件下道路材料的损害特征及发展规律，将国内外冻融研究现状做相关总结。

1 国内外研究概况

1)冻融损害机理研究。冻融循环对沥青混合料性能损害的本质原因有:a.水分进入路面材料的侵蚀损害，水分在动荷载作用下渗入到沥青和集料的界面上，导致沥青薄膜与集料脱离，沥青路面出现坑槽等病害［1］;b.温度大幅变化引发的材料损害。长沙理工大学郑健龙［2］指出，在温度下降过快时，沥青面层的温度应力会产生能量累积，当超出沥青混合料所容许的极限程度时，就会产生开裂现象。另外，大连理工大学潘宝锋［3］、哈尔滨工业大学王哲人［4］关注了低温引起的水分迁移积聚和冻结。沥青混合料内的水分在低温冻结后体积变大，易产生膨胀力导致劈裂破坏。而温度变化引起的水分迁移和集聚较水冻结产生体积膨胀引起的危害更为严重。在渗透作用下，由于混合料内自由水与结合水的冻结点温度不同，水分向冻结区的迁移和集聚，导致冰晶体体积逐渐增大，沥青层内的微空隙及原始裂缝也随之变大，当冰晶体融化时，会造成水稳定性破坏［5，6］。

2)冻融劈裂试验研究。沥青混合料的水稳定性是抗水损害能力的最重要指标，沥青混合料的水稳定性主要与集料性质、集料与沥青之间相互作用的性质，以及沥青混合料类型、施工碾压方法等因素有关。规范中，对于沥青混合料水稳定性的评价也给出了标准实验方法，但其中也存在着不足，因此，国内部分学者对此进行了改进［9-14］。吉林大学马新、同济大学郑传峰等人提出用真空饱水状态下煮沸劈裂试验［9］来评价其抵抗水损害的能力，便于操作、精度高、效果显著，能快速有效的评价混合料的水稳定性，不足之处在于未作冻融循环或是多次冻融浸煮比较;哈尔滨工业大学王抒音、谭忆秋［13］指出空隙率超出6%～7%时容易发生水损害，界定此范围为水损害的临界空隙率范围。

3)材料冻融试验方法研究。因为我国沥青混合料试验规范中缺乏有关试验规定，各学者关注角度不同，使评价混合料冻融循环的指标各不相同，目标循环次数各不相同，但都少于50次，学者多取用20次左右冻融循环次数。16，20，24，25是各学者关注的关键循环次数。进行冻融循环试验时，应对试件进行饱水处理使其能达到充分饱水状态。规范中要求在做冻融劈裂时，饱水后需将试件放入塑料袋中并往袋内注水。侯曙光等人采用保鲜袋密封，郭忠印采用塑料袋真空密封，韩海峰等人也采用隔水处置。但各有优缺点，保鲜袋密封虽简单可行，但是由于保鲜袋密封效果不好，容易进水，若多裹保鲜膜又会影响冻融效果。塑料袋真空密封虽然密封效果很好，但是真空密封仪属不常用仪器，一般试验室不具备该条件，综合来看，从简单易行省时等方面考虑，建议采用改进的保鲜膜密封。冰冻设备采用冰柜或低温箱。但是冰冻温度和冰冻时间各个学者各异。考虑到实际情况及考虑到极限状态，建议采用低温－20℃，冻多长时间需根据试验测定确定，要能使试件中心温度达到－20℃。每次冻融终了时分别控制试件中心温度以(－20±2)℃，(10±2)℃为宜。

4)冻融损伤微细观研究。有关冻融损伤微细观研究集中于对混合料空隙率和断层扫描CT图像研究。宋力和通过对不同级配的沥青混合料做冻融循环试验，发现冻融循环后空隙率的变化与初始空隙率变化基本呈正相关。西安建筑科技大学张倩等人［7］利用CT扫描机获取沥青混合料马歇尔件初始和冻融劈裂后内部结构的CT图像，CT图像数字化分析表明，劈裂破坏多发生在持水较多的部位。

2 沥青混合料抗冻融性能研究现状分析

在我国规范中，评价沥青混合料水稳定性时，鲜有考虑多次冻融后混合料的水稳定性状况，在评价混合料其他性能指标时考虑冻融循环的也较少，相关研究较少。侯曙光等人研究了低温地区沥青混合料的冻融疲劳特性，李喆等人研究了基于能量法沥青混合料冻融循环疲劳特性，吴瑞麟等人研究了冻融循环对沥青路面全厚度车辙试验的影响，宋力和研究了冻融对沥青混合料空隙率的影响。但总的来看，除水温性外，冻融循环对混合料其他性能指标的影响研究较为分散，不统一，不系统，试验方法各异。当前，较为前沿的研究趋势便是借助CT等新手段、新方法从微细观方面研究混合料损伤演变规律，它为通过定量分析沥青混合料内部结构的变化更好地掌握损害机理，揭示沥青混合料材料的破坏实质提供了一种新思路、新手段。

3 结语

国内外虽对沥青路面冻融损害开展了相关研究，在评价沥青混合料的除水稳定性状况外的其他性能指标时，均未考虑到有水条件下温度冻融循环的影响，对多次冻融后混合料的水稳定性状况研究亦不足，需要进一步系统研究。相信通过努力，我国的沥青路面抗冻融能力会大大提高。

［1］蒋 俊，林家胜.不同类型沥青混合料冻融劈裂试验研究［J］.中南公路工程，2005(2):75-77.

［2］郑健龙.沥青路面温度收缩开裂的热粘弹特性研究［D］.西安:长安大学博士学位论文，2001.

［3］潘宝锋，王哲人.沥青混合料抗冻融循环性能的试验研究［J］.中国公路学报，2003(3):1-4.

［4］王哲人，冯德成.寒冷地区高速公路沥青路面的水损害［J］.公路交通技术，1999(4):23-29.

［5］杨文锋.沥青混合料抗水损害能力研究［D］.武汉:武汉理工大学硕士论文，2005.

［6］曹 健.空隙率和渗透性对季冻区沥青路面路用性能的影响研究［D］.长春:吉林大学硕士学位论文，2008.

［7］张 倩，于 玲.冻融劈裂对沥青混合料微观结构影响的CT 图像分析［J］.北方交通，2008(1):54-56.

［8］张宏超，孙立军.沥青混合料水稳性能全程评价方法研究［J］.同济大学学报，2002，30(4):8-19.

［9］马 新，郑传峰.沥青混合料水稳定性评价方法的试验研究［J］.公路工程，2008，33(4):109-120.

［10］丁 立，刘朝晖.沥青路面冲刷冻融劈裂的水损害试验模拟环境［J］.公路交通科技，2006，23(9):15-19.

［11］汪继平，丁 立.沥青路面的水损害试验模拟环境设计及试验验证［J］.中南公路工程，2006，31(6):37-41.

［12］李立寒，曹林涛.沥青混合料劈裂抗拉强度影响因素的研究［J］.建筑材料学报，2004，7(1):41-45.

［13］王抒音，谭忆秋.用冻融循环劈裂比评价沥青混合料抗水损害能力［J］.哈尔滨建筑大学学报，2002，35(5):123-126.

［14］Joshi，Manali，Mansata，et al.Design and analysis of multi-level active queue management mechanisms for emergency traffic［J］.Computer Communications，2005，28(2):162-173.