基于南京市路面情況的冷補瀝青混合料研究摘要：瀝青路面在長期使用的過程中容易產(chǎn)生松散、坑洞、剝落等病害，為防止更大范圍更深層次的破壞，必須對路面進行修補。傳統(tǒng)熱補方式能耗大、污染重、受工程特點和施工環(huán)境限制大，無法完成及時有效的修補施工。冷補瀝青混合料不需要加熱，不受天氣和施工環(huán)境限制，可實現(xiàn)全天候隨用隨補的路面修補，大大提高了路面的養(yǎng)護效率和行車安全性。本文通過對南京氣候及路面裂縫的調(diào)查，分析了產(chǎn)生裂縫的原因，并通過實驗對冷補瀝青混合料的性能進行了研究。關(guān)鍵詞：氣候、路面裂縫、冷補瀝青混合料、馬歇爾實驗Abstract：Intheprocessoflong-termuse,asphaltpavementpronetocauseloose,pallingandotherdiseases.Inordertopreventmoreextensiveanddeeperleveldamage,thepavementmustbepatchedtimely.Thetraditionalhotrepairmethodconsumemuchenergy,causesgrosspollution,restrictedbythecharacteristicsoftheprojectandtheconstructionenvironmental,cannotaccomplishtimelyandeffectiverepairconstruction.Coldpatchasphaltmixturedonotneedheating,inspiteoftheweatherandconstructionconstraints,canbeusetorealizeall-weatheruse,greatlyenhancedtheroadmaintainingefficiencyandtrafficsafely.ThisarticleshowsoursurveyofNanjingclimateandpavementcracks,analyzesthecausesofcracks,andresearchesoncoldpatchasphaltmixturepropertiesthroughexperiments.Keywords:Climate、PavementCracks、Coldpatchasphalt、Marshalltest南京氣候情況綜述南京位于中緯度偏低地區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，季風(fēng)顯著，雨量集中,南京有著特殊的地理位置，天氣系統(tǒng)復(fù)雜，各種自然災(zāi)害發(fā)生頻繁，其天氣氣候特點在華東地區(qū)具有一定的代表性。年平均氣溫大約在15.4℃，年平均降雨量約為1106mm。南京春秋季短、冬夏長，冬夏溫差顯著。在夏初，有梅雨季，氣溫偏低；在冬季，濕度偏大，氣溫略低。根據(jù)1988～1997年的地面觀測資料統(tǒng)計可知，南京地區(qū)這10年中日最高氣溫的最大值為38.7℃（1992年），日最低氣溫的最小值為-13℃（1991年）。由于南京獨特的氣候條件，我們在進行道路裂縫的修補時應(yīng)該選擇適合的冷補瀝青。道路裂縫類型及成因路面裂縫的成因復(fù)雜而繁多，甚至多種因素相互影響，但每一條裂縫均有其產(chǎn)生的一種或幾種主要原因。通過查閱資料，就其產(chǎn)生的原因，路面裂縫大致可劃分如下幾種：混凝土收縮引起的裂縫在工程中，混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。混凝土收縮引起的裂縫有塑性收縮和縮水收縮(干縮)，另外還有自生收縮和炭化收縮。為減小混凝土塑性收縮，施工時應(yīng)控制水灰比，避免過長時間的攪拌，下料不宜太快，振搗要密實，豎向變截面處宜分層澆筑。因混凝土表層水分損失快，內(nèi)部損失慢，因此產(chǎn)生表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮，表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使表面混凝土承受拉力，當表面混凝土承受拉力超過其抗拉強度時，便產(chǎn)生收縮裂縫?；炷劣不笫湛s主要就是縮水收縮。如配筋率較大的構(gòu)件(超過3％)，鋼筋對混凝土收縮的約束比較明顯，混凝土表面容易出現(xiàn)龜裂裂紋。(二)地基礎(chǔ)變形引起的裂縫由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。為防止基礎(chǔ)不均勻沉降造成開裂，就需要進行細致的地質(zhì)勘察充分掌握地質(zhì)情況。盡量采用同一基礎(chǔ)類型，并且同一個橋涵不要分期建造，基礎(chǔ)埋置深度在凍漲線以下，避免將基礎(chǔ)置于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質(zhì)地段等。(三)溫度變化引起的裂縫混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，當外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。(四)鋼筋銹蝕引起的裂縫由于混凝土質(zhì)量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受到侵蝕炭化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，_并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。要防止鋼筋銹蝕，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求采用足夠的保護層厚度；施工時應(yīng)控制混凝土的水灰比，加強振搗，保證混凝土的密實性，防止氧氣侵入，同時嚴格控制外加劑用量。(五)混凝土材料質(zhì)量引起的裂縫混凝土主要由水泥、砂、骨科、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。(1)水泥安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標。水泥出廠時強度不足，水泥受潮或過期，可能使混凝土強度不足，從而導(dǎo)致混凝土開裂。(2)砂石粒徑太小、級配不良、空隙率大，將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大，影響混凝土的強度，使混凝土收縮加大，如果使用超出規(guī)定的特細砂，后果更嚴重。砂石中云母的含量較高，將削弱水泥與骨料的粘結(jié)力，降低混凝土強度。(3)拌和水或外加劑中氯化物等雜質(zhì)含量較高時對鋼筋銹蝕有較大影響。采用海水或含堿泉水拌制混凝土，或采用含堿的外加劑，可能對堿骨料反應(yīng)有影響。(六)凍脹引起的裂縫當氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，混凝土強度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴重，冬季施工時對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。當混凝土中骨料空隙多、吸水性強；骨料中含泥土等雜質(zhì)過多；混凝土水灰比偏大、振搗不密實；養(yǎng)護不力使混凝土早期受凍等，均可能導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。(七)施工工藝質(zhì)量引起的裂縫在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、構(gòu)件制作、起模、運輸、堆放、拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進的和貫穿的各種裂縫，特別是細長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。南京路面裂縫情況簡介以下是我們在南京部分地區(qū)拍攝到的路面裂縫=1\*GB3①路面裂縫主要表現(xiàn)為橫向裂縫，少數(shù)路段出現(xiàn)縱向裂縫。橫向裂縫全路段普遍存在。且貫穿整個橫斷面。裂縫較寬（個別裂縫伴有網(wǎng)裂），裂縫間距較有規(guī)律。

=2\*GB3②部分路段存在沉陷。沉陷橫向貫通整個單幅路面，沉降量在3至7厘米。主要是由路基局部沉陷引起。但瀝青路面未發(fā)現(xiàn)有裂縫。

=3\*GB3③部分路面出現(xiàn)明顯的車轍。由于大型拖車及施工車輛嚴重超載。尤其在紅綠燈附近路段存在嚴重車轍破壞。路面基層良好，車轍主要是由于瀝青壓縮形成。結(jié)果分析:

橫向裂縫通常不是由于荷載作用引起的，低溫收縮或者半剛性基層收縮裂縫是產(chǎn)生橫向裂縫的主要原因。裂縫初期大多出現(xiàn)于路面兩側(cè)，逐漸發(fā)展而貫穿全路幅，貫通裂縫沿路大致呈均勻分布。此外，舊水泥混凝土路面接縫的反射作用，會使瀝青路面出現(xiàn)橫向反射縫。

沉陷是由于路基沉降所引起，主要原因是路基填土壓實度不夠所造成的。通常有三種情況：

=1\*GB3①均勻沉陷：是由于路基、路面在自然因素和行車作用下，達到進一步密實和穩(wěn)定，引起的沉落，一般不會引起路面破壞。

=2\*GB3②不均勻沉陷：由于路基、路面不密實，碾壓不均勻，在水的浸蝕下，經(jīng)行車作用引起的變形。

=3\*GB3③局部沉陷：由于路基局部填筑不密實或路基有墓穴、枯井、樹坑、溝槽等，當受到水的浸蝕而沉陷。

車轍裂縫是在行車荷載重復(fù)作用下，路面產(chǎn)生永久性變形積累形成的帶狀凹槽。車轍降低了路面平整度，當車轍達到一定深度時，由于轍槽內(nèi)積水，極易發(fā)生汽車飄滑而導(dǎo)致交通事故。產(chǎn)生車轍的原因主要有以下兩點：=1\*GB3①由于基層強度高，變形能力差，板體性強，因而該部分瀝青混凝土在所承受的基層反作用力下，其內(nèi)部原有結(jié)構(gòu)層被破壞(即原有的配合比被破壞)，失去應(yīng)有的強度和變形能力，形成車轍。=2\*GB3②超載載運輸車輛對路面的損壞是幾何級數(shù)倍增的關(guān)系，當車重增大至路面設(shè)計承重的兩倍時，其對路面的損壞將增大到原來的20倍左右，可在極短的時間內(nèi)形成較深的車轍。對于路面出現(xiàn)的各種裂縫，我們應(yīng)當對受損的路面進行修復(fù)。而冷補料是近年來新興的一種材料，其特性使得其非常滿足路面修補的條件。與普通熱拌料相比，冷補料是一種高科技道路修補材料，生產(chǎn)所需的關(guān)鍵原料為原裝進口產(chǎn)品，優(yōu)良的粘結(jié)性能和松散施工性能是其不同于普通修補材料的顯著特點之一，可以全天候使用，適用于在任何天氣和環(huán)境下修補各種不同類型的道路面層，如瀝青混凝土道路、水泥混凝土道路、停車場、機場跑道、橋梁伸縮縫等。實踐證明，冷補材料不僅適用于各種道路坑穴的修補，而且對道路的中修、小修同樣具有良好的修補效果，其成本、質(zhì)量和使用都優(yōu)于一般冷補材料或傳統(tǒng)的熱拌瀝青、乳化瀝青混合料，并以其操作簡便、存放長久、修補質(zhì)量好、用途廣泛、利于環(huán)保等特點，已經(jīng)在國內(nèi)各大中城市的市政道路、高速公路上得到推廣應(yīng)用。為更好地發(fā)揮冷補材料的綜合性能，達到最佳的使用效果，生產(chǎn)時可根據(jù)季節(jié)和氣溫具體情況配制相應(yīng)配方的冷補瀝青。冷補瀝青混合料冷補料具有如下特點:（一）全季節(jié)性全天候養(yǎng)護及低溫養(yǎng)護：冷補料適應(yīng)溫度范圍廣，即使在高寒地區(qū)也可進行正常修補，突破了常規(guī)瀝青材料在低溫下無法進行修補的局限性。（二）預(yù)防性養(yǎng)護：由于冷補料特別適合于微小坑槽等小面積病害的日常修補，不受坑槽大小及數(shù)量限制，即爛即補，使油路病害在初期就被扼制，避免了病害進一步擴大。也是熱拌瀝青混和料在冬季長時間無法使用的最好替代品，其效果明顯優(yōu)于熱拌瀝青混合料。由于冷補料在公路養(yǎng)護修補方式上的優(yōu)越性，可促進公路養(yǎng)護方式從被動的矯正性養(yǎng)護轉(zhuǎn)為主動的預(yù)防性養(yǎng)護。（三）修補工序簡單、操作方便：冷補料養(yǎng)護操作工序簡便易行，基層養(yǎng)護職工一看就懂、一看就會用。在修補時無需加熱或攪拌，可根據(jù)實際需要量隨取隨用，剩余材料下次修補時繼續(xù)使用，不會造成材料浪費，真正節(jié)省修補材料。修補過的地方，可立即開放交通，大大緩解因道路修補施工而造成的交通壓力。（四）顯著降低養(yǎng)護工人勞動強度，明顯改善勞動條件：養(yǎng)護工人可自主調(diào)節(jié)作業(yè)時間，免受烈日曝曬，不再像熱油灑布那樣，需要架鍋熬油和進行集體作業(yè)，免受煙熏火燎和有毒氣體侵害；也不再象乳化瀝青修補和熱拌熱補那樣，需要復(fù)雜的輔助工序和機械設(shè)備，免去了衣物和身體的污染。（五）采用小型機具，施工方式簡單：養(yǎng)護工人可根據(jù)施工條件，就地儲存，隨用隨取。所需碾壓設(shè)備要求不高，易操作，施工工藝簡單易學(xué)。（六）質(zhì)量穩(wěn)定：經(jīng)過使用證明冷補料具有較強的粘結(jié)性能，與基層和原路面結(jié)合良好，補后不會產(chǎn)生松散、脫落、龜裂等病害。養(yǎng)護質(zhì)量和修補效果均能達到養(yǎng)護標準要求。（七）保護環(huán)境：冷補料生產(chǎn)和使用時無黑煙、粉塵和噪音，添加劑不含有毒物質(zhì)，材料不溶于水，不會污染空氣、環(huán)境和地下水，有利于環(huán)境保護。實驗及數(shù)據(jù)分析為了測試冷補瀝青混合料性能，我們通過馬歇爾實驗進行了相關(guān)數(shù)據(jù)的測定。首先進行準備工作，將需要進行測定的混合料取出，均勻稱取一個試件所需的用量，每份稱取1200克。在試件制作過程中，為了防止混合料的溫度下降，應(yīng)連盤放入烘箱中保溫。從烘箱中取出加熱過的試模和套筒，將試模裝在底座上，墊一張吸油性小的圓形紙片，按四分法將混合料從四個方向?qū)⒒旌狭蠐饺朐嚹Ｖ校貌宓痘虼舐萁z刀沿周邊插搗15次，中間10次。插搗后將瀝青混合料表面平整成凸園弧面，在裝好的混合料表面墊一張吸油性小的圓紙。準備工作完成后，將試模連同底座一起放在擊實臺上固定。試件擊實一面后，取下套筒，將試模掉頭，裝上套筒，然后按照同樣的方法擊實另一面。試件計時結(jié)束后，立即用鑷子取掉試件上下兩面的紙片，用卡尺量取試件離試模上口的高度，如試模不符合時，試件應(yīng)作廢。最后通過實驗馬歇爾試驗儀測量相關(guān)數(shù)據(jù)。=1\*GB3①稱量混合料=2\*GB3②擊實=3\*GB3③從模具上取下試件=4\*GB3④將試件放上馬歇爾實驗儀觀測數(shù)據(jù)在溫度為6攝氏度時，我們對冷補瀝青混合料進行了連續(xù)7天的穩(wěn)定度測定，得到了以下實驗數(shù)據(jù)時間（天）1234567穩(wěn)定度（kN）1.731.962.072.583.323.523.61通過實驗我們可以看出，冷補瀝青混合料在短期內(nèi)強度隨時間增長，初期增長較快，后期增長較慢，且在低溫情況下工作性能良好。從這點來看，比較適合南京市的氣候條件，因為南京的四季氣溫變化明顯，而冷補瀝青混合料恰恰能在大多數(shù)溫度條件工作。結(jié)語結(jié)合南