凍融循環(huán)下瀝青混合料性能演變機(jī)制與提升策略探究一、引言1.1研究背景與意義隨著全球氣候變化的加劇，極端天氣事件愈發(fā)頻繁，氣溫波動(dòng)幅度顯著增大。在許多地區(qū)，尤其是高緯度寒冷地區(qū)以及季節(jié)性溫差較大的區(qū)域，瀝青混合料作為道路建設(shè)的關(guān)鍵材料，不可避免地要承受頻繁的凍融循環(huán)作用。這種凍融循環(huán)現(xiàn)象，即材料在低溫下凍結(jié)、高溫時(shí)融化的周期性變化過程，對(duì)瀝青混合料的性能產(chǎn)生著極為復(fù)雜且深遠(yuǎn)的影響。瀝青混合料作為道路路面的主要組成部分，其性能優(yōu)劣直接關(guān)乎道路工程的質(zhì)量、使用壽命以及行車安全。在正常使用條件下，優(yōu)質(zhì)的瀝青混合料應(yīng)具備良好的力學(xué)性能，如足夠的強(qiáng)度和韌性，以承受車輛荷載的反復(fù)作用；具備出色的穩(wěn)定性，能有效抵抗路面變形和車轍的產(chǎn)生；還應(yīng)擁有良好的耐久性，確保在長(zhǎng)期的自然環(huán)境侵蝕下依然能保持其基本性能。然而，凍融循環(huán)的介入打破了這種理想狀態(tài)，成為威脅瀝青混合料性能的重要因素。從力學(xué)性能角度來看，凍融循環(huán)會(huì)使瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度、韌性和彈性模量等關(guān)鍵指標(biāo)顯著下降。在低溫凍結(jié)階段，混合料內(nèi)部的水分會(huì)結(jié)冰膨脹，產(chǎn)生巨大的膨脹應(yīng)力，如同在混合料內(nèi)部埋下一顆顆“定時(shí)炸彈”，對(duì)混合料的微觀結(jié)構(gòu)造成破壞，削弱瀝青與骨料之間的粘結(jié)力。當(dāng)溫度升高進(jìn)入融化階段，這些因膨脹而受損的結(jié)構(gòu)無法完全恢復(fù)，導(dǎo)致混合料的整體力學(xué)性能逐漸劣化。經(jīng)過多次凍融循環(huán)后，這種劣化效應(yīng)不斷累積，使得瀝青混合料在承受車輛荷載時(shí)更容易發(fā)生開裂、變形等破壞現(xiàn)象。凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料的穩(wěn)定性也會(huì)產(chǎn)生不良影響。穩(wěn)定性的降低可能引發(fā)路面沉降和鼓包等問題，嚴(yán)重影響路面的平整度和行車舒適性。路面沉降會(huì)導(dǎo)致車輛行駛時(shí)產(chǎn)生顛簸感，增加車輛的磨損和能耗；而鼓包則可能使車輛行駛方向失控，引發(fā)嚴(yán)重的交通安全事故。此外，穩(wěn)定性不足還會(huì)加速路面的損壞進(jìn)程，縮短道路的使用壽命，增加道路維護(hù)成本。瀝青混合料的耐久性也會(huì)因凍融循環(huán)而大打折扣。耐久性的降低意味著瀝青混合料在自然環(huán)境中的服役壽命縮短，需要更頻繁地進(jìn)行道路修復(fù)和重建工作。這不僅耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，還會(huì)對(duì)交通流暢性造成極大干擾，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來負(fù)面影響。因此，深入研究?jī)鋈谘h(huán)對(duì)瀝青混合料性能的影響具有至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過系統(tǒng)地研究?jī)鋈谘h(huán)作用下瀝青混合料性能的變化規(guī)律，能夠?yàn)榈缆饭こ痰脑O(shè)計(jì)、施工和維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。在設(shè)計(jì)階段，可以根據(jù)不同地區(qū)的氣候條件和凍融循環(huán)特點(diǎn)，優(yōu)化瀝青混合料的配合比設(shè)計(jì)，選擇更適合的原材料和添加劑，以提高瀝青混合料的抗凍融性能；在施工過程中，可以制定更合理的施工工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，確保瀝青混合料的施工質(zhì)量，減少因施工不當(dāng)而導(dǎo)致的抗凍融性能下降；在道路維護(hù)階段，能夠根據(jù)研究結(jié)果制定更精準(zhǔn)的維護(hù)策略，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理因凍融循環(huán)而產(chǎn)生的路面病害，延長(zhǎng)道路的使用壽命，降低道路全壽命周期成本。同時(shí)，這一研究還有助于推動(dòng)道路材料科學(xué)的發(fā)展，為開發(fā)新型抗凍融瀝青混合料提供理論支持，促進(jìn)道路工程領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)于凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料性能影響的研究起步較早。美國(guó)在20世紀(jì)中葉就開始關(guān)注道路在寒冷氣候條件下的性能劣化問題，其研究主要集中在瀝青混合料的低溫性能和水穩(wěn)定性方面。早期的研究通過大量的室外道路試驗(yàn)，觀察凍融循環(huán)作用下瀝青路面的病害發(fā)展情況，如裂縫的產(chǎn)生與擴(kuò)展、路面剝落等現(xiàn)象。隨后，逐步開展室內(nèi)模擬試驗(yàn)，利用先進(jìn)的試驗(yàn)設(shè)備精確控制溫度和濕度條件，深入研究?jī)鋈谘h(huán)對(duì)瀝青混合料各項(xiàng)性能指標(biāo)的影響規(guī)律。美國(guó)的研究成果為其道路設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于抗凍融設(shè)計(jì)部分提供了重要的理論依據(jù)。歐洲國(guó)家，如瑞典、挪威等高緯度寒冷地區(qū)國(guó)家，由于其特殊的地理氣候條件，對(duì)瀝青混合料的抗凍融性能研究也投入了大量精力。瑞典的研究人員通過長(zhǎng)期的道路監(jiān)測(cè)和室內(nèi)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料的空隙率發(fā)生變化，進(jìn)而影響其力學(xué)性能和耐久性。他們提出了基于空隙率變化的瀝青混合料抗凍融性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，并開發(fā)了相應(yīng)的試驗(yàn)方法。挪威則側(cè)重于研究瀝青的低溫性能對(duì)瀝青混合料抗凍融性能的影響，通過改進(jìn)瀝青的配方和生產(chǎn)工藝，提高瀝青的低溫韌性和抗老化性能，從而提升瀝青混合料的整體抗凍融能力。日本在瀝青混合料研究領(lǐng)域也取得了顯著成果。日本的研究人員采用微觀測(cè)試技術(shù)，如掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM），對(duì)凍融循環(huán)作用下瀝青混合料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察和分析，揭示了瀝青與骨料之間的粘結(jié)失效機(jī)制以及微觀結(jié)構(gòu)變化對(duì)宏觀性能的影響。此外，日本還開展了關(guān)于新型添加劑和改性材料在提高瀝青混合料抗凍融性能方面的研究，研發(fā)出多種高性能的瀝青改性劑和添加劑，有效改善了瀝青混合料的抗凍融性能。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料性能影響的研究始于20世紀(jì)80年代，隨著我國(guó)道路建設(shè)向寒冷地區(qū)不斷延伸，相關(guān)研究逐漸深入和廣泛。早期的研究主要借鑒國(guó)外的研究方法和成果，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際氣候條件和工程特點(diǎn)，開展室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研。研究?jī)?nèi)容主要包括凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料的力學(xué)性能、水穩(wěn)定性、低溫抗裂性能等方面的影響。近年來，國(guó)內(nèi)研究取得了一系列新進(jìn)展。在力學(xué)性能研究方面，許多學(xué)者通過開展三軸試驗(yàn)、單軸壓縮試驗(yàn)和劈裂試驗(yàn)等，深入分析凍融循環(huán)次數(shù)、溫度變化范圍、加載速率等因素對(duì)瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量等力學(xué)指標(biāo)的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，瀝青混合料的力學(xué)性能呈下降趨勢(shì)，且下降速率與溫度變化范圍和加載速率密切相關(guān)。在水穩(wěn)定性研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者通過改進(jìn)水煮法、浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)等方法，更加準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)凍融循環(huán)作用下瀝青混合料的水穩(wěn)定性。研究表明，凍融循環(huán)會(huì)加劇瀝青與骨料之間的剝離，導(dǎo)致瀝青混合料的水穩(wěn)定性降低，而通過添加抗剝落劑、優(yōu)化級(jí)配等措施，可以有效提高其水穩(wěn)定性。在微觀機(jī)理研究方面，國(guó)內(nèi)研究人員利用先進(jìn)的微觀測(cè)試技術(shù)，如核磁共振（NMR）、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）等，對(duì)凍融循環(huán)作用下瀝青混合料的微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成變化進(jìn)行研究。通過NMR技術(shù)可以分析瀝青混合料內(nèi)部水分的分布和遷移情況，以及水分對(duì)瀝青與骨料界面的影響；FT-IR技術(shù)則可用于研究瀝青在凍融循環(huán)過程中的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化，揭示瀝青老化和性能劣化的微觀機(jī)制。1.2.3研究現(xiàn)狀總結(jié)與不足國(guó)內(nèi)外學(xué)者在凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料性能影響的研究方面取得了豐碩的成果，為道路工程的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)提供了重要的理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。然而，當(dāng)前研究仍存在一些不足之處：試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)化問題：目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于凍融循環(huán)試驗(yàn)方法尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同研究采用的試驗(yàn)條件和參數(shù)差異較大，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果之間缺乏可比性，難以建立通用的性能評(píng)價(jià)模型和設(shè)計(jì)方法。多因素耦合作用研究不足：實(shí)際工程中，瀝青混合料不僅受到凍融循環(huán)的作用，還會(huì)受到交通荷載、紫外線輻射、化學(xué)侵蝕等多種因素的共同影響。但目前的研究大多集中在單一凍融循環(huán)因素的作用，對(duì)于多因素耦合作用下瀝青混合料性能變化規(guī)律的研究相對(duì)較少，無法全面準(zhǔn)確地反映瀝青混合料在實(shí)際服役環(huán)境中的性能劣化情況。微觀與宏觀性能關(guān)聯(lián)研究不夠深入：雖然在微觀機(jī)理研究方面取得了一定進(jìn)展，但對(duì)于微觀結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成變化如何定量地影響瀝青混合料的宏觀性能，尚未建立起完善的理論模型和分析方法。微觀研究成果與宏觀工程應(yīng)用之間存在脫節(jié)現(xiàn)象，限制了新型抗凍融瀝青混合料的開發(fā)和應(yīng)用。長(zhǎng)期性能預(yù)測(cè)研究缺乏：現(xiàn)有的研究主要關(guān)注凍融循環(huán)作用下瀝青混合料短期性能的變化，對(duì)于其長(zhǎng)期性能的預(yù)測(cè)研究較少。由于瀝青混合料的服役壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其在長(zhǎng)期凍融循環(huán)和復(fù)雜環(huán)境作用下的性能變化，對(duì)于道路工程的全壽命周期設(shè)計(jì)和維護(hù)具有重要意義，但目前這方面的研究還較為薄弱。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料力學(xué)性能的影響：通過開展單軸壓縮試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)和小梁彎曲試驗(yàn)等，研究?jī)鋈谘h(huán)作用下瀝青混合料的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度以及彈性模量等力學(xué)性能指標(biāo)的變化規(guī)律。分析凍融循環(huán)次數(shù)、溫度變化范圍、加載速率等因素對(duì)力學(xué)性能的影響程度，建立力學(xué)性能與凍融循環(huán)參數(shù)之間的定量關(guān)系模型。凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料穩(wěn)定性的影響：采用車轍試驗(yàn)和單軸貫入試驗(yàn)，研究?jī)鋈谘h(huán)對(duì)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性和抗變形能力的影響。觀察在不同凍融循環(huán)條件下，瀝青混合料試件在模擬車輛荷載作用下的變形情況，分析車轍深度、動(dòng)穩(wěn)定度等指標(biāo)的變化，探討凍融循環(huán)導(dǎo)致瀝青混合料穩(wěn)定性下降的機(jī)理。凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料耐久性的影響：通過加速老化試驗(yàn)，如紫外線老化試驗(yàn)、濕熱老化試驗(yàn)等，結(jié)合凍融循環(huán)試驗(yàn)，綜合研究多種因素耦合作用下瀝青混合料的耐久性變化。分析瀝青的老化程度、混合料的空隙率變化、骨料與瀝青的粘結(jié)狀況等對(duì)耐久性的影響，建立耐久性評(píng)價(jià)指標(biāo)與凍融循環(huán)及其他老化因素之間的關(guān)聯(lián)模型，預(yù)測(cè)瀝青混合料在實(shí)際服役環(huán)境中的使用壽命。凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料微觀結(jié)構(gòu)的影響：運(yùn)用掃描電子顯微鏡（SEM）、核磁共振（NMR）、壓汞儀（MIP）等微觀測(cè)試技術(shù)，觀察凍融循環(huán)前后瀝青混合料的微觀結(jié)構(gòu)變化，包括瀝青與骨料的界面粘結(jié)情況、內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)特征、水分分布與遷移規(guī)律等。從微觀層面揭示凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料性能影響的本質(zhì)原因，建立微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)與宏觀性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。提高瀝青混合料抗凍融性能的措施研究：基于上述研究結(jié)果，探討通過優(yōu)化瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)、添加抗凍融添加劑、采用新型改性瀝青等措施來提高瀝青混合料抗凍融性能的方法。對(duì)比不同措施下瀝青混合料在凍融循環(huán)作用后的性能變化，評(píng)估各種措施的有效性和可行性，為實(shí)際工程應(yīng)用提供技術(shù)支持。1.3.2研究方法室內(nèi)試驗(yàn)研究：凍融試驗(yàn)：按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制備瀝青混合料試件，將試件放入凍融循環(huán)試驗(yàn)箱中，模擬實(shí)際工程中的凍融環(huán)境。設(shè)定試驗(yàn)溫度范圍、凍融循環(huán)次數(shù)和升降溫速率等參數(shù)，通過控制試驗(yàn)條件，研究不同凍融循環(huán)工況下瀝青混合料性能的變化。試驗(yàn)過程中，定期取出試件進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。低溫性能試驗(yàn)：采用低溫小梁彎曲試驗(yàn)、低溫劈裂試驗(yàn)等方法，測(cè)定瀝青混合料在低溫條件下的力學(xué)性能指標(biāo)，如抗彎拉強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、破壞應(yīng)變等。通過這些試驗(yàn)，評(píng)估瀝青混合料的低溫抗裂性能，分析凍融循環(huán)對(duì)其低溫性能的影響機(jī)制。力學(xué)性能試驗(yàn)：運(yùn)用萬能材料試驗(yàn)機(jī)，開展單軸壓縮試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)、小梁彎曲試驗(yàn)等，測(cè)定瀝青混合料在不同凍融循環(huán)次數(shù)后的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度和彈性模量等力學(xué)性能指標(biāo)。通過這些試驗(yàn)，全面了解凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料力學(xué)性能的影響規(guī)律。穩(wěn)定性試驗(yàn)：利用車轍試驗(yàn)機(jī)和單軸貫入儀，進(jìn)行車轍試驗(yàn)和單軸貫入試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，模擬車輛荷載對(duì)瀝青混合料的作用，通過測(cè)量車轍深度、動(dòng)穩(wěn)定度和貫入度等指標(biāo)，評(píng)價(jià)凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性和抗變形能力的影響。耐久性試驗(yàn)：采用紫外線老化箱、濕熱老化箱等設(shè)備，對(duì)瀝青混合料進(jìn)行加速老化試驗(yàn)。結(jié)合凍融循環(huán)試驗(yàn)，研究多種老化因素共同作用下瀝青混合料的耐久性變化。通過測(cè)定瀝青的針入度、軟化點(diǎn)、延度等指標(biāo)以及混合料的空隙率、飽水率等參數(shù)，評(píng)估瀝青混合料的耐久性。微觀結(jié)構(gòu)測(cè)試：使用掃描電子顯微鏡觀察瀝青混合料的微觀形貌，分析瀝青與骨料的界面粘結(jié)狀況以及微觀裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展情況；運(yùn)用核磁共振技術(shù)分析瀝青混合料內(nèi)部水分的分布和遷移規(guī)律；利用壓汞儀測(cè)試混合料的孔隙結(jié)構(gòu)特征，如孔隙大小分布、孔隙率等。通過這些微觀測(cè)試技術(shù)，從微觀層面揭示凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料性能影響的本質(zhì)原因。理論分析研究：基于材料力學(xué)、熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)等相關(guān)理論，分析凍融循環(huán)過程中瀝青混合料內(nèi)部的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)分布，以及水分遷移、瀝青老化等物理化學(xué)變化對(duì)其性能的影響機(jī)制。建立相應(yīng)的理論模型，如熱-力耦合模型、水分遷移模型、瀝青老化模型等，對(duì)凍融循環(huán)作用下瀝青混合料的性能變化進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)，為試驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)。數(shù)值模擬研究：利用有限元分析軟件，如ANSYS、ABAQUS等，建立瀝青混合料的三維數(shù)值模型。在模型中考慮瀝青、骨料、界面過渡區(qū)等組成部分的材料特性，以及凍融循環(huán)過程中的溫度變化、水分遷移、力學(xué)荷載等因素。通過數(shù)值模擬，分析凍融循環(huán)作用下瀝青混合料內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變分布、孔隙水壓力變化等情況，預(yù)測(cè)其性能劣化趨勢(shì)。將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，進(jìn)一步完善數(shù)值模型，提高模擬的準(zhǔn)確性和可靠性。二、瀝青混合料與凍融循環(huán)概述2.1瀝青混合料組成與特性瀝青混合料是一種復(fù)雜的復(fù)合材料，主要由瀝青、骨料、填料以及必要時(shí)添加的改性劑和添加劑組成，這些組成成分各自發(fā)揮著獨(dú)特的作用，共同決定了瀝青混合料的性能，在道路建設(shè)中扮演著舉足輕重的角色。瀝青作為瀝青混合料中的粘結(jié)材料，是其中的關(guān)鍵組成部分，通常來源于石油煉制過程的副產(chǎn)品。它具有良好的粘結(jié)性，能夠?qū)⒐橇虾吞盍侠喂痰卣辰Y(jié)在一起，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，賦予混合料必要的粘性和塑性。瀝青的粘結(jié)性使得瀝青混合料在承受車輛荷載時(shí)，能夠有效地傳遞和分散應(yīng)力，避免骨料之間的相對(duì)滑動(dòng)和分離，從而保證路面的整體性和穩(wěn)定性。同時(shí)，瀝青還具有出色的防水性，能夠有效阻隔水分滲入路面結(jié)構(gòu)，保護(hù)基層不受水的侵蝕，防止因水損害而導(dǎo)致的路面病害，如坑槽、剝落等。此外，經(jīng)過特殊改性處理的瀝青，還具備良好的抗老化性，能夠延長(zhǎng)路面的使用壽命，減少道路維護(hù)成本。然而，瀝青的性能對(duì)溫度較為敏感，在高溫環(huán)境下，瀝青會(huì)變軟，導(dǎo)致瀝青混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性下降，容易出現(xiàn)車轍、推移等病害；在低溫環(huán)境下，瀝青會(huì)變脆，使瀝青混合料的柔韌性降低，增加了路面開裂的風(fēng)險(xiǎn)。骨料作為瀝青混合料的骨架部分，承擔(dān)著主要的承重作用，對(duì)瀝青混合料的性能有著至關(guān)重要的影響。骨料包括粗骨料和細(xì)骨料，粗骨料多為碎石或礫石，粒徑較大，能夠提供較高的強(qiáng)度和承載能力，抵抗車輛荷載的作用；細(xì)骨料則通常是砂或其他細(xì)小顆粒，用于填充粗骨料之間的空隙，提高混合料的密實(shí)度和穩(wěn)定性。骨料的性能指標(biāo)，如硬度、耐磨性、耐久性和與瀝青結(jié)合料的相容性等，直接關(guān)系到瀝青混合料的質(zhì)量。硬度高、耐磨性好的骨料可以提高路面的抗磨損能力，延長(zhǎng)路面的使用壽命；耐久性好的骨料能夠在長(zhǎng)期的自然環(huán)境作用下保持性能穩(wěn)定，減少因骨料損壞而導(dǎo)致的路面病害；與瀝青結(jié)合料相容性好的骨料，則能夠增強(qiáng)瀝青與骨料之間的粘結(jié)力，提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性和力學(xué)性能。此外，骨料的級(jí)配也是影響瀝青混合料性能的重要因素。合理的級(jí)配能夠使骨料之間相互嵌擠，形成緊密的骨架結(jié)構(gòu)，提高混合料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；而不合理的級(jí)配則可能導(dǎo)致骨料之間的空隙過大或過小，影響混合料的密實(shí)度和工作性能。礦粉是一種細(xì)小的礦物質(zhì)粉末，在瀝青混合料中起著改善稠度和工作性的作用。它能夠填充瀝青與骨料之間的微小空隙，使瀝青混合料的結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，從而提高瀝青與集料之間的粘結(jié)力。礦粉的加入還可以調(diào)節(jié)瀝青的性能，例如增加瀝青的粘度，提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。同時(shí)，礦粉還能與瀝青發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形成更為穩(wěn)定的瀝青膠漿結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增強(qiáng)瀝青混合料的耐久性。不同種類和性質(zhì)的礦粉對(duì)瀝青混合料性能的影響也有所差異，例如石灰石礦粉可以改善瀝青混合料的耐磨性能，而某些活性礦粉還能與瀝青發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，提高瀝青膠漿的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。為了進(jìn)一步提高瀝青混合料的性能，滿足不同工程環(huán)境和使用要求，常常會(huì)添加改性劑和添加劑。聚合物改性劑是一種常用的改性劑，它可以提高瀝青的耐溫性和彈性。例如，在瀝青中添加苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS），能夠顯著改善瀝青的高低溫性能，使其在高溫時(shí)不易變軟流淌，在低溫時(shí)不易脆裂，從而提高瀝青混合料的抗車轍和抗開裂能力。添加劑的種類繁多，作用也各不相同。例如，纖維素等添加劑能夠增強(qiáng)瀝青混合料的穩(wěn)定性和抗裂性能。纖維素具有良好的纖維結(jié)構(gòu)，能夠在瀝青混合料中形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)混合料的內(nèi)聚力和抗拉強(qiáng)度，有效抑制裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。此外，還有一些添加劑可以改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性、抗老化性能等。瀝青混合料的性能直接影響著道路的使用質(zhì)量和壽命。良好的瀝青混合料應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以承受車輛荷載的反復(fù)作用，防止路面出現(xiàn)車轍、變形等病害；應(yīng)具備優(yōu)異的水穩(wěn)定性，能夠抵抗水分的侵蝕，避免因水損害而導(dǎo)致的路面破壞；還應(yīng)具備良好的低溫抗裂性能和高溫穩(wěn)定性，以適應(yīng)不同氣候條件下的使用要求。在道路建設(shè)中，根據(jù)不同的道路等級(jí)、交通量、氣候條件等因素，合理選擇瀝青混合料的組成成分和配合比，對(duì)于保證道路的質(zhì)量和使用壽命具有重要意義。2.2凍融循環(huán)作用原理凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料性能產(chǎn)生顯著影響，其作用原理主要基于水分在混合料內(nèi)部的物理變化以及由此引發(fā)的一系列力學(xué)和物理效應(yīng)。瀝青混合料是一種多孔性材料，內(nèi)部存在著大小不一的孔隙結(jié)構(gòu)。在自然環(huán)境中，尤其是在濕度較高的條件下，水分會(huì)逐漸滲入這些孔隙之中。當(dāng)環(huán)境溫度下降至冰點(diǎn)以下時(shí)，孔隙中的水分會(huì)發(fā)生相變，從液態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)冰。由于冰的密度小于水，在這個(gè)相變過程中，水分的體積會(huì)膨脹約9%。這種體積膨脹會(huì)在瀝青混合料內(nèi)部產(chǎn)生巨大的凍脹應(yīng)力，猶如在混合料內(nèi)部施加了一個(gè)個(gè)向外擴(kuò)張的力。在微觀層面，凍脹應(yīng)力首先作用于瀝青與骨料的界面。瀝青作為粘結(jié)材料，將骨料粘結(jié)在一起形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。然而，凍脹應(yīng)力會(huì)削弱瀝青與骨料之間的粘結(jié)力，使界面處出現(xiàn)微小的裂縫和剝離現(xiàn)象。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，這些微小裂縫會(huì)逐漸擴(kuò)展和連通，進(jìn)一步破壞瀝青混合料的微觀結(jié)構(gòu)。例如，在一些研究中，通過掃描電子顯微鏡觀察凍融循環(huán)后的瀝青混合料試件，可以清晰地看到瀝青與骨料界面處出現(xiàn)了明顯的裂縫和分離區(qū)域，原本緊密粘結(jié)的結(jié)構(gòu)變得松散。當(dāng)溫度回升至冰點(diǎn)以上時(shí)，冰開始融化成水，體積相應(yīng)收縮。在融化過程中，由于之前凍脹應(yīng)力造成的微觀結(jié)構(gòu)損傷無法完全恢復(fù)，使得瀝青混合料內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，空隙率增大。這種空隙率的增大又會(huì)進(jìn)一步影響瀝青混合料的性能，使得水分更容易再次滲入，形成惡性循環(huán)。在多次凍融循環(huán)后，瀝青混合料的空隙率可能會(huì)增加數(shù)倍，導(dǎo)致其力學(xué)性能、水穩(wěn)定性和耐久性等指標(biāo)大幅下降。除了對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的直接破壞，凍融循環(huán)還會(huì)引發(fā)水分遷移現(xiàn)象。在溫度變化過程中，混合料內(nèi)部會(huì)形成溫度梯度，導(dǎo)致水分從溫度較高的區(qū)域向溫度較低的區(qū)域遷移。這種水分遷移會(huì)進(jìn)一步加劇孔隙內(nèi)的壓力變化，對(duì)瀝青混合料的結(jié)構(gòu)造成額外的破壞。在降溫階段，水分向低溫區(qū)遷移并在孔隙中結(jié)冰，使得該區(qū)域的凍脹應(yīng)力更為集中；而在升溫階段，融化的水又會(huì)帶著溶解的鹽分等物質(zhì)向其他區(qū)域擴(kuò)散，可能導(dǎo)致化學(xué)侵蝕等問題，進(jìn)一步加速瀝青混合料的性能劣化。2.3凍融循環(huán)對(duì)道路工程的影響凍融循環(huán)對(duì)道路工程的影響廣泛而深遠(yuǎn)，在實(shí)際工程中，許多道路因受凍融循環(huán)作用而出現(xiàn)了各種病害，嚴(yán)重影響了道路的使用性能和壽命。以我國(guó)東北地區(qū)的某條高速公路為例，該地區(qū)冬季漫長(zhǎng)且寒冷，年平均氣溫較低，凍融循環(huán)現(xiàn)象十分頻繁。在冬季，路面溫度常常降至冰點(diǎn)以下，而到了春季氣溫回升時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)融化現(xiàn)象，這種反復(fù)的凍融循環(huán)導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)逐漸受損。在該高速公路建成后的幾年內(nèi)，路面就開始出現(xiàn)了明顯的裂縫。這些裂縫起初較細(xì)，但隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，裂縫逐漸加寬和加深，有的甚至貫穿整個(gè)路面結(jié)構(gòu)層。裂縫的產(chǎn)生使得水分更容易滲入路面內(nèi)部，進(jìn)一步加劇了凍融循環(huán)對(duì)路面的破壞作用。在水分的侵蝕下，路面的基層材料逐漸變軟，強(qiáng)度降低，無法有效地支撐路面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致路面出現(xiàn)了坑槽?？硬鄣某霈F(xiàn)不僅影響了行車的舒適性，還增加了車輛行駛的安全隱患，容易引發(fā)交通事故。此外，凍融循環(huán)還導(dǎo)致路面出現(xiàn)了剝落現(xiàn)象。由于瀝青與骨料之間的粘結(jié)力在凍融循環(huán)作用下逐漸減弱，骨料從路面表面脫落，使路面變得粗糙不平。剝落現(xiàn)象不僅影響了路面的美觀，還降低了路面的抗滑性能，在雨天或結(jié)冰天氣時(shí)，車輛行駛在這樣的路面上容易發(fā)生打滑現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅行車安全。除了上述病害外，凍融循環(huán)還會(huì)導(dǎo)致路面的平整度下降。路面的不平整會(huì)使車輛行駛時(shí)產(chǎn)生顛簸，增加車輛的磨損和能耗，同時(shí)也會(huì)降低道路的通行能力，影響交通流暢性。在一些交通繁忙的路段，路面平整度的下降還會(huì)導(dǎo)致交通擁堵加劇，給人們的出行帶來極大不便。從經(jīng)濟(jì)角度來看，凍融循環(huán)對(duì)道路工程的影響也十分顯著。由于路面病害的出現(xiàn)，需要頻繁地進(jìn)行道路維修和養(yǎng)護(hù)工作，這不僅耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，還會(huì)對(duì)交通造成一定的干擾，影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)的正常運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該東北地區(qū)高速公路每年因凍融循環(huán)導(dǎo)致的路面維修費(fèi)用高達(dá)數(shù)百萬元，而且隨著道路使用年限的增加，維修費(fèi)用還在不斷上升。此外，因道路病害而導(dǎo)致的交通延誤和交通事故所帶來的間接經(jīng)濟(jì)損失更是難以估量。三、凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料性能的影響3.1力學(xué)性能變化3.1.1抗拉強(qiáng)度下降在道路工程領(lǐng)域，瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度是衡量其性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，它直接關(guān)系到路面在各種應(yīng)力作用下的抗開裂能力。而凍融循環(huán)作為一種常見的自然作用，對(duì)瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度有著顯著的負(fù)面影響。為了深入探究這種影響，本研究開展了系統(tǒng)的試驗(yàn)。本試驗(yàn)選用AC-13型瀝青混合料作為研究對(duì)象，按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20-2011）的標(biāo)準(zhǔn)方法制備試件。將制備好的試件分為多組，每組試件分別經(jīng)歷不同次數(shù)的凍融循環(huán)。凍融循環(huán)試驗(yàn)在專門的凍融循環(huán)試驗(yàn)箱中進(jìn)行，設(shè)定凍結(jié)溫度為-20℃，保持時(shí)間為12小時(shí)，模擬冬季夜晚的低溫環(huán)境；融化溫度為20℃，保持時(shí)間同樣為12小時(shí)，模擬白天溫度回升的情況。通過這樣的循環(huán)設(shè)置，盡可能真實(shí)地模擬自然環(huán)境中的凍融循環(huán)過程。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)為0次時(shí)，即未經(jīng)凍融循環(huán)作用的原始試件，其抗拉強(qiáng)度平均值為1.25MPa，能夠較好地抵抗拉伸應(yīng)力。然而，當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)增加到5次時(shí)，抗拉強(qiáng)度平均值降至1.02MPa，下降幅度達(dá)到18.4%；當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到10次時(shí)，抗拉強(qiáng)度進(jìn)一步降低至0.85MPa，較原始值下降了32%。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合分析，發(fā)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度與凍融循環(huán)次數(shù)之間呈現(xiàn)出近似線性的負(fù)相關(guān)關(guān)系，其擬合方程為y=-0.04x+1.25（其中y為抗拉強(qiáng)度，單位MPa；x為凍融循環(huán)次數(shù)）。凍融循環(huán)導(dǎo)致瀝青混合料抗拉強(qiáng)度下降的原因主要有以下幾點(diǎn)。在凍融循環(huán)過程中，混合料內(nèi)部孔隙中的水分在低溫下結(jié)冰膨脹，產(chǎn)生巨大的凍脹應(yīng)力。這種凍脹應(yīng)力會(huì)對(duì)瀝青與骨料之間的粘結(jié)界面造成破壞，削弱兩者之間的粘結(jié)力。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，這種粘結(jié)破壞不斷累積，使得瀝青與骨料之間的連接逐漸失效，從而導(dǎo)致混合料在承受拉力時(shí)更容易發(fā)生破壞，抗拉強(qiáng)度降低。水分的反復(fù)凍融還會(huì)使瀝青混合料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷，形成微裂縫。這些微裂縫在后續(xù)的凍融循環(huán)和外力作用下會(huì)不斷擴(kuò)展和連通，形成宏觀裂縫，進(jìn)一步降低了混合料的抗拉強(qiáng)度。3.1.2韌性降低瀝青混合料的韌性是指其在受力時(shí)吸收能量而不發(fā)生破壞的能力，它是衡量瀝青混合料抵抗變形和開裂能力的重要指標(biāo)。在實(shí)際道路使用過程中，良好的韌性能夠使瀝青混合料有效地承受車輛荷載的反復(fù)作用以及溫度變化等因素引起的應(yīng)力，減少路面裂縫和破損的發(fā)生。然而，凍融循環(huán)會(huì)顯著降低瀝青混合料的韌性，使其在受力時(shí)更易斷裂，對(duì)道路安全產(chǎn)生潛在威脅。在凍融循環(huán)過程中，水分在瀝青混合料內(nèi)部孔隙中的凍結(jié)和融化是導(dǎo)致韌性降低的主要原因。當(dāng)溫度降低時(shí)，孔隙中的水分結(jié)冰，體積膨脹約9%，這會(huì)在混合料內(nèi)部產(chǎn)生巨大的凍脹應(yīng)力。這種凍脹應(yīng)力如同一個(gè)個(gè)微小的“楔子”，作用在瀝青與骨料的界面以及混合料的微觀結(jié)構(gòu)上，導(dǎo)致界面粘結(jié)力下降，微觀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，形成微裂縫。例如，通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察凍融循環(huán)后的瀝青混合料試件，可以清晰地看到瀝青與骨料界面處出現(xiàn)了明顯的裂縫和分離現(xiàn)象，原本緊密的微觀結(jié)構(gòu)變得松散。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，這些微裂縫不斷擴(kuò)展和連通，逐漸形成宏觀裂縫。當(dāng)瀝青混合料受到外力作用時(shí)，這些裂縫成為應(yīng)力集中點(diǎn)，使得混合料在較低的應(yīng)力水平下就容易發(fā)生斷裂，從而導(dǎo)致韌性降低。為了更直觀地說明這一問題，進(jìn)行了小梁彎曲試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，未經(jīng)凍融循環(huán)的瀝青混合料小梁試件在彎曲過程中能夠承受較大的變形，表現(xiàn)出較好的韌性；而經(jīng)過多次凍融循環(huán)后的試件，在較小的變形下就發(fā)生了斷裂，韌性明顯降低。韌性降低對(duì)道路安全有著不容忽視的影響。在車輛行駛過程中，路面會(huì)受到輪胎的反復(fù)碾壓和沖擊作用。當(dāng)瀝青混合料的韌性不足時(shí)，路面在這些外力作用下更容易產(chǎn)生裂縫。這些裂縫不僅會(huì)降低路面的平整度，影響行車舒適性，還會(huì)導(dǎo)致水分滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，進(jìn)一步加劇凍融循環(huán)和水損害的作用，加速路面的破壞。在冬季，由于氣溫較低，凍融循環(huán)頻繁發(fā)生，路面裂縫的發(fā)展速度會(huì)更快。如果不及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，裂縫會(huì)逐漸擴(kuò)大，甚至貫穿整個(gè)路面結(jié)構(gòu)層，導(dǎo)致路面出現(xiàn)坑槽、剝落等嚴(yán)重病害，增加車輛行駛的安全隱患，容易引發(fā)交通事故。3.1.3彈性模量改變彈性模量是瀝青混合料的重要力學(xué)參數(shù)之一，它反映了材料在彈性階段抵抗變形的能力。在道路工程中，瀝青混合料的彈性模量對(duì)路面的變形和承載能力有著至關(guān)重要的影響。而凍融循環(huán)作為一種常見的自然作用，會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料的彈性模量發(fā)生顯著變化，進(jìn)而影響路面的使用性能。通過室內(nèi)試驗(yàn)研究?jī)鋈谘h(huán)對(duì)瀝青混合料彈性模量的影響。試驗(yàn)采用AC-20型瀝青混合料，按照標(biāo)準(zhǔn)方法制備圓柱體試件。將試件分為多組，分別進(jìn)行不同次數(shù)的凍融循環(huán)處理。凍融循環(huán)試驗(yàn)條件設(shè)定為：凍結(jié)溫度-25℃，保持時(shí)間12小時(shí)；融化溫度25℃，保持時(shí)間12小時(shí)。采用動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)，在MTS萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，加載頻率為10Hz，測(cè)試溫度為15℃。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，瀝青混合料的彈性模量呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)。當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)為0次時(shí)，瀝青混合料的彈性模量為12000MPa；經(jīng)過5次凍融循環(huán)后，彈性模量降至9500MPa，下降了約20.8%；當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到10次時(shí)，彈性模量進(jìn)一步降低至7000MPa，較初始值下降了41.7%。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，建立了彈性模量與凍融循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系模型：E=E0(1-0.03n)（其中E為凍融循環(huán)n次后的彈性模量，E0為初始彈性模量，n為凍融循環(huán)次數(shù)）。凍融循環(huán)導(dǎo)致瀝青混合料彈性模量下降的原因主要與混合料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。在凍融循環(huán)過程中，水分在混合料內(nèi)部孔隙中凍結(jié)膨脹，產(chǎn)生凍脹應(yīng)力，破壞了瀝青與骨料之間的粘結(jié)力，使混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，這種結(jié)構(gòu)損傷不斷累積，導(dǎo)致混合料在受力時(shí)更容易發(fā)生變形，從而表現(xiàn)為彈性模量的降低。水分的反復(fù)凍融還會(huì)使混合料內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，空隙率增大。較大的空隙率使得混合料的有效承載面積減小，進(jìn)一步降低了其抵抗變形的能力，導(dǎo)致彈性模量下降。瀝青混合料彈性模量的改變對(duì)路面變形和承載能力有著重要影響。當(dāng)彈性模量降低時(shí)，在相同的車輛荷載作用下，路面更容易產(chǎn)生變形。這可能導(dǎo)致路面出現(xiàn)車轍、沉陷等病害，影響路面的平整度和行車舒適性。彈性模量的下降還會(huì)降低路面的承載能力，使其難以承受重載車輛的作用。在交通量較大、重載車輛頻繁行駛的路段，路面可能會(huì)因承載能力不足而提前損壞，縮短道路的使用壽命，增加道路維護(hù)成本。3.2穩(wěn)定性問題3.2.1路面沉降路面沉降是凍融循環(huán)作用下瀝青混合料穩(wěn)定性下降的常見表現(xiàn)之一，對(duì)道路的正常使用和行車安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。以我國(guó)東北地區(qū)某城市的一條主干道為例，該道路建成初期，路面狀況良好，平整度和承載能力均能滿足交通需求。然而，隨著時(shí)間的推移，特別是經(jīng)歷了多個(gè)冬季的凍融循環(huán)后，路面逐漸出現(xiàn)了沉降現(xiàn)象。在冬季，當(dāng)氣溫降至冰點(diǎn)以下時(shí)，瀝青混合料內(nèi)部孔隙中的水分會(huì)結(jié)冰膨脹。由于該地區(qū)冬季氣溫較低，且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，水分的凍脹作用較為顯著。這種凍脹應(yīng)力會(huì)對(duì)瀝青混合料的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，使骨料之間的連接松動(dòng)，混合料的整體強(qiáng)度下降。隨著春季氣溫回升，冰開始融化，原本因凍脹而變形的結(jié)構(gòu)無法完全恢復(fù)，導(dǎo)致路面出現(xiàn)局部下沉。從路面沉降的發(fā)展過程來看，初期沉降量較小，可能不易被察覺，但隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，沉降量逐漸增大。在一些路段，沉降深度甚至達(dá)到了5-10厘米。路面沉降不僅影響了行車的舒適性，還導(dǎo)致車輛行駛時(shí)產(chǎn)生顛簸，增加了車輛的磨損和能耗。在沉降嚴(yán)重的區(qū)域，車輛行駛時(shí)還可能出現(xiàn)失控的危險(xiǎn)，對(duì)行車安全構(gòu)成極大威脅。為了深入分析凍融循環(huán)導(dǎo)致路面沉降的原因，通過對(duì)該道路進(jìn)行取芯檢測(cè)和室內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，凍融循環(huán)使得瀝青混合料的空隙率明顯增大。原本密實(shí)的瀝青混合料結(jié)構(gòu)在凍脹和融沉的反復(fù)作用下變得疏松，有效承載面積減小。同時(shí)，瀝青與骨料之間的粘結(jié)力也因凍融循環(huán)而減弱，進(jìn)一步降低了混合料的抗變形能力。這些因素共同作用，導(dǎo)致在車輛荷載的作用下，路面更容易發(fā)生沉降變形。3.2.2鼓包現(xiàn)象凍融循環(huán)還會(huì)導(dǎo)致路面出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，這也是瀝青混合料穩(wěn)定性受到影響的重要表現(xiàn)。鼓包現(xiàn)象的出現(xiàn)，不僅嚴(yán)重影響路面的平整度和行車舒適性，還可能引發(fā)交通安全事故，因此深入了解其形成原理至關(guān)重要。在凍融循環(huán)過程中，水分在瀝青混合料內(nèi)部的遷移和相變是導(dǎo)致鼓包形成的關(guān)鍵因素。當(dāng)溫度下降時(shí)，瀝青混合料孔隙中的水分逐漸凍結(jié)成冰，體積膨脹約9%。由于冰的膨脹受到周圍混合料的約束，會(huì)在內(nèi)部產(chǎn)生巨大的凍脹應(yīng)力。這種凍脹應(yīng)力會(huì)使瀝青與骨料之間的粘結(jié)力減弱，甚至導(dǎo)致局部脫離。當(dāng)溫度升高冰融化時(shí)，水分會(huì)在混合料內(nèi)部重新分布。如果此時(shí)混合料內(nèi)部存在局部薄弱區(qū)域，水分就可能聚集在這些區(qū)域，形成積水。在后續(xù)的凍融循環(huán)中，積水再次凍結(jié)膨脹，進(jìn)一步加劇了對(duì)周圍結(jié)構(gòu)的破壞。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，這種破壞不斷累積，使得局部區(qū)域的混合料逐漸向上隆起，形成鼓包。從微觀角度來看，凍融循環(huán)會(huì)使瀝青混合料的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。通過掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過多次凍融循環(huán)后，瀝青混合料內(nèi)部出現(xiàn)了大量的微裂縫和孔隙，這些缺陷削弱了混合料的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，為鼓包的形成提供了條件。以某寒冷地區(qū)的一條高速公路為例，在冬季頻繁的凍融循環(huán)作用下，路面出現(xiàn)了多處鼓包。這些鼓包大小不一，直徑從幾厘米到幾十厘米不等，高度一般在2-5厘米之間。鼓包的存在使得路面變得凹凸不平，車輛行駛在上面時(shí)會(huì)產(chǎn)生劇烈的顛簸，嚴(yán)重影響了行車的舒適性和安全性。在雨天，鼓包周圍容易積水，車輛高速行駛通過時(shí)，還可能因積水飛濺導(dǎo)致視線受阻，增加了交通事故的發(fā)生概率。3.3耐久性受損3.3.1使用壽命縮短瀝青混合料的耐久性是衡量其在長(zhǎng)期使用過程中抵抗各種自然因素和交通荷載作用，保持性能穩(wěn)定的重要指標(biāo)。而凍融循環(huán)作為一種常見且復(fù)雜的自然作用，對(duì)瀝青混合料的耐久性產(chǎn)生著顯著的負(fù)面影響，進(jìn)而導(dǎo)致道路使用壽命的縮短。為了深入了解凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料耐久性的影響，對(duì)某寒冷地區(qū)的多條道路進(jìn)行了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。這些道路在建成初期，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，路面狀況良好。然而，隨著時(shí)間的推移，經(jīng)歷了多個(gè)冬季的凍融循環(huán)后，路面出現(xiàn)了明顯的病害。通過對(duì)路面病害的調(diào)查和分析，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)主要通過以下幾個(gè)方面影響瀝青混合料的耐久性，從而縮短道路的使用壽命。凍融循環(huán)會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料的空隙率增大。在凍融循環(huán)過程中，水分在混合料內(nèi)部孔隙中凍結(jié)膨脹，產(chǎn)生凍脹應(yīng)力，破壞了瀝青與骨料之間的粘結(jié)力，使混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得疏松。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，這種結(jié)構(gòu)損傷不斷累積，導(dǎo)致混合料的空隙率逐漸增大。研究表明，經(jīng)過10次凍融循環(huán)后，瀝青混合料的空隙率可能會(huì)增加10%-20%?？障堵实脑龃笫沟盟指菀诐B入混合料內(nèi)部，加速了瀝青的老化和混合料的損壞。凍融循環(huán)還會(huì)加速瀝青的老化。在凍融循環(huán)過程中，瀝青受到溫度變化、水分侵蝕和氧化作用的影響，其化學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致瀝青的性能劣化。瀝青的老化會(huì)使其粘度增加，延展性降低，粘結(jié)力減弱，從而影響瀝青與骨料之間的粘結(jié)效果，降低瀝青混合料的耐久性。通過對(duì)不同凍融循環(huán)次數(shù)下瀝青的針入度、軟化點(diǎn)和延度等指標(biāo)的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，瀝青的針入度逐漸減小，軟化點(diǎn)逐漸升高，延度逐漸降低，表明瀝青的老化程度不斷加深。根據(jù)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)研究，建立了基于凍融循環(huán)作用的瀝青混合料耐久性預(yù)測(cè)模型。通過該模型對(duì)不同凍融循環(huán)條件下道路的使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。結(jié)果表明，在凍融循環(huán)較為頻繁的地區(qū)，道路的使用壽命相比未受凍融循環(huán)影響的地區(qū)可縮短30%-50%。以某條設(shè)計(jì)使用壽命為15年的道路為例，在經(jīng)歷每年平均10次凍融循環(huán)的情況下，其實(shí)際使用壽命可能僅為7-10年，大大縮短了道路的服役年限，增加了道路重建和維護(hù)的成本。3.3.2維修成本增加凍融循環(huán)導(dǎo)致瀝青混合料性能下降，進(jìn)而引發(fā)路面病害頻發(fā)，使得道路維修成本大幅增加。這些維修成本涵蓋了人力、物力和時(shí)間等多個(gè)方面，給道路管理部門和社會(huì)帶來了沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。從人力成本方面來看，道路維修需要專業(yè)的技術(shù)人員和施工隊(duì)伍。在凍融循環(huán)作用下，路面病害出現(xiàn)的頻率增加，維修工作的次數(shù)也相應(yīng)增多。每次維修都需要安排技術(shù)人員進(jìn)行路面狀況檢測(cè)、病害評(píng)估，制定維修方案，以及組織施工人員進(jìn)行維修作業(yè)。這些工作都需要耗費(fèi)大量的人力，增加了人工費(fèi)用支出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在凍融循環(huán)嚴(yán)重的地區(qū)，每年用于道路維修的人工費(fèi)用相比正常地區(qū)高出30%-50%。以一個(gè)中等規(guī)模的城市為例，每年因凍融循環(huán)導(dǎo)致的道路維修人工費(fèi)用可能增加數(shù)百萬元。物力成本也是維修成本增加的重要組成部分。維修路面病害需要使用各種材料和設(shè)備。隨著凍融循環(huán)導(dǎo)致的路面病害加重，所需的維修材料數(shù)量和種類也會(huì)增加。對(duì)于出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫和坑槽的路面，需要大量的瀝青、砂石料、修補(bǔ)劑等材料進(jìn)行修復(fù)；對(duì)于因凍融循環(huán)導(dǎo)致的路面松散和剝落問題，可能還需要使用專門的粘結(jié)劑和封層材料。維修設(shè)備的投入也不容忽視，如攤鋪機(jī)、壓路機(jī)、銑刨機(jī)等大型設(shè)備，以及小型的修補(bǔ)工具和檢測(cè)儀器。這些材料和設(shè)備的購(gòu)置、租賃和使用成本都較高，進(jìn)一步推高了道路維修的物力成本。在一些極端寒冷地區(qū)，由于路面病害嚴(yán)重，每年用于道路維修的材料和設(shè)備費(fèi)用可能高達(dá)數(shù)千萬元。時(shí)間成本同樣不可忽視。道路維修期間會(huì)對(duì)交通造成一定的影響，導(dǎo)致交通擁堵，增加車輛行駛時(shí)間和油耗，給社會(huì)帶來間接的經(jīng)濟(jì)損失。在維修過程中，為了確保施工安全和質(zhì)量，往往需要對(duì)部分路段進(jìn)行封閉或限行，這使得車輛需要繞行，增加了行駛里程和時(shí)間。特別是在交通繁忙的城市道路和高速公路上，道路維修對(duì)交通的影響更為顯著。據(jù)估算，在交通高峰期進(jìn)行道路維修，每封閉一條車道，每小時(shí)可能導(dǎo)致交通延誤成本增加數(shù)萬元。此外，道路維修還可能影響周邊商業(yè)活動(dòng)的正常開展，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。四、凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料性能影響的試驗(yàn)研究4.1試驗(yàn)材料與準(zhǔn)備本試驗(yàn)選用了70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青，其主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。該瀝青具有良好的粘結(jié)性和一定的溫度穩(wěn)定性，在道路工程中應(yīng)用廣泛。通過對(duì)其針入度、軟化點(diǎn)、延度等指標(biāo)的檢測(cè)，均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，確保了瀝青在試驗(yàn)中的性能可靠性。表1：70號(hào)A級(jí)道路石油瀝青技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)單位標(biāo)準(zhǔn)要求試驗(yàn)結(jié)果針入度（25℃，100g，5s）0.1mm60-8072軟化點(diǎn)（環(huán)球法）℃≥4648延度（15℃，5cm/min）cm≥100120閃點(diǎn)℃≥260280骨料選用石灰?guī)r，分為10-15mm、5-10mm、0-5mm三種規(guī)格，其壓碎值不大于26%，洛杉磯磨耗損失不超過30%，堅(jiān)固性小于12%，含泥量低于1%，泥塊含量小于0.2%，表觀相對(duì)密度大于2.600。石灰?guī)r具有較高的硬度和耐磨性，與瀝青的粘附性較好，能夠?yàn)闉r青混合料提供良好的骨架支撐。通過對(duì)不同規(guī)格骨料的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，保證了骨料的質(zhì)量符合試驗(yàn)要求，為制備性能優(yōu)良的瀝青混合料奠定了基礎(chǔ)。礦粉采用石灰石礦粉，其含水量不超過1%，粒度范圍要求0.6mm篩孔通過率為100%，0.15mm篩孔通過率大于90%，0.075mm篩孔通過率在75%-100%之間，外觀無團(tuán)粒結(jié)塊現(xiàn)象。石灰石礦粉能夠填充瀝青與骨料之間的微小空隙，改善瀝青混合料的結(jié)構(gòu)，提高其粘結(jié)力和穩(wěn)定性。在試驗(yàn)前，對(duì)礦粉的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)，確保其質(zhì)量穩(wěn)定，滿足試驗(yàn)需求。試件制備按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20-2011）中馬歇爾擊實(shí)法進(jìn)行。首先，將骨料和礦粉在160-170℃的烘箱中烘干至恒重，以去除水分，保證材料性能的穩(wěn)定性。然后，按照設(shè)計(jì)配合比，將加熱至150-160℃的瀝青與烘干的骨料、礦粉在瀝青混合料拌和機(jī)中充分?jǐn)嚢?，攪拌時(shí)間為3-5min，確保各組成材料均勻混合。接著，將拌和好的瀝青混合料分三層裝入馬歇爾試模中，每層擊實(shí)75次，制成直徑101.6mm、高度63.5mm的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件。在擊實(shí)過程中，嚴(yán)格控制擊實(shí)次數(shù)和擊實(shí)力度，保證試件的密實(shí)度和均勻性。試件成型后，在室溫下冷卻至恒重，以備后續(xù)試驗(yàn)使用。在試件制備過程中，對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制，確保試件的質(zhì)量符合試驗(yàn)要求，為準(zhǔn)確研究?jī)鋈谘h(huán)對(duì)瀝青混合料性能的影響提供可靠的試驗(yàn)樣本。4.2凍融試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)的凍融循環(huán)次數(shù)分別為0次、5次、10次、15次和20次。選擇這些循環(huán)次數(shù)是基于對(duì)實(shí)際工程中凍融作用情況的考慮以及相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)。在寒冷地區(qū)，冬季道路可能會(huì)經(jīng)歷數(shù)十次甚至更多的凍融循環(huán)，而0次凍融循環(huán)作為對(duì)照組，用于對(duì)比分析未受凍融作用時(shí)瀝青混合料的性能基準(zhǔn)值。5次凍融循環(huán)可模擬道路在輕度凍融環(huán)境下短期的性能變化；10次和15次凍融循環(huán)則分別代表中等程度和較為嚴(yán)重的凍融作用情況；20次凍融循環(huán)旨在研究在極端凍融條件下瀝青混合料性能的劣化極限，通過這一系列不同循環(huán)次數(shù)的設(shè)置，能夠全面深入地探究?jī)鋈谘h(huán)次數(shù)對(duì)瀝青混合料性能的影響規(guī)律。溫度控制是凍融試驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。在本次試驗(yàn)中，凍結(jié)溫度設(shè)定為-20℃，此溫度低于水的冰點(diǎn)，能夠確保瀝青混合料內(nèi)部的水分充分凍結(jié)，產(chǎn)生明顯的凍脹應(yīng)力，模擬冬季寒冷氣候下路面的低溫狀態(tài)。融化溫度設(shè)定為20℃，該溫度接近常溫，可模擬春季氣溫回升時(shí)路面的溫度情況，使凍結(jié)的水分能夠完全融化。在每個(gè)凍融循環(huán)過程中，試件在-20℃下保持12小時(shí)，以保證水分充分凍結(jié)并使凍脹應(yīng)力充分作用于瀝青混合料結(jié)構(gòu)；然后在20℃下保持12小時(shí)，確保冰完全融化，水分重新分布。通過精確控制凍結(jié)和融化的溫度及時(shí)間，盡可能真實(shí)地模擬自然環(huán)境中的凍融循環(huán)過程。試驗(yàn)具體操作步驟如下：首先，將制備好的瀝青混合料試件放入溫度為-20℃的低溫箱中，開始凍結(jié)過程。在凍結(jié)過程中，利用高精度溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試件內(nèi)部的溫度變化，確保試件內(nèi)部溫度均勻達(dá)到-20℃，并維持12小時(shí)。12小時(shí)后，將試件迅速轉(zhuǎn)移至溫度為20℃的恒溫水槽中，進(jìn)行融化過程。同樣，在融化過程中持續(xù)監(jiān)測(cè)試件溫度，保證試件在20℃的環(huán)境中保持12小時(shí)，使試件內(nèi)部的冰完全融化。完成一次凍融循環(huán)后，將試件取出，觀察其外觀是否有明顯的裂縫、剝落等現(xiàn)象，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。按照上述步驟，對(duì)同一組試件依次進(jìn)行不同次數(shù)的凍融循環(huán)試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)的操作條件，確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。4.3性能指標(biāo)測(cè)試與分析4.3.1低溫性能測(cè)試為了評(píng)估凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料低溫性能的影響，采用了低溫小梁彎曲試驗(yàn)和低溫劈裂試驗(yàn)兩種方法。低溫小梁彎曲試驗(yàn)按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20-2011）中的T0715-2011標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。將經(jīng)過不同凍融循環(huán)次數(shù)的瀝青混合料制成小梁試件，尺寸為300mm×35mm×50mm。試驗(yàn)在低溫試驗(yàn)箱中進(jìn)行，試驗(yàn)溫度設(shè)定為-10℃，這一溫度是根據(jù)當(dāng)?shù)囟镜膶?shí)際低溫情況選取，具有代表性。試驗(yàn)過程中，采用三分點(diǎn)加載方式，以50mm/min的加載速率對(duì)試件施加荷載，直至試件破壞。通過采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到試件的抗彎拉強(qiáng)度、破壞應(yīng)變和勁度模量等指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，瀝青混合料的抗彎拉強(qiáng)度逐漸降低。當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)為0次時(shí)，抗彎拉強(qiáng)度平均值為12.5MPa；經(jīng)過10次凍融循環(huán)后，抗彎拉強(qiáng)度降至9.8MPa，下降了約21.6%。破壞應(yīng)變也呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，從初始的2800με降至2200με，表明瀝青混合料在低溫下的變形能力減弱。勁度模量則隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而增大，從0次凍融循環(huán)時(shí)的4500MPa增加到10次凍融循環(huán)后的5800MPa，說明瀝青混合料在低溫下變得更加剛硬，柔韌性降低，抗裂性能變差。低溫劈裂試驗(yàn)同樣依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。將圓柱形試件在-15℃的低溫環(huán)境下保溫4小時(shí)，使其達(dá)到均勻的低溫狀態(tài)。然后，在萬能材料試驗(yàn)機(jī)上以50mm/min的加載速率對(duì)試件施加劈裂荷載，記錄試件破壞時(shí)的荷載和變形數(shù)據(jù)，計(jì)算得到劈裂抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果表明，凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料的低溫劈裂抗拉強(qiáng)度有顯著影響。未經(jīng)過凍融循環(huán)的試件，其劈裂抗拉強(qiáng)度平均值為1.8MPa；經(jīng)過15次凍融循環(huán)后，劈裂抗拉強(qiáng)度下降至1.2MPa，下降幅度達(dá)到33.3%。這進(jìn)一步說明凍融循環(huán)會(huì)削弱瀝青混合料在低溫下的抗拉能力，使其更容易發(fā)生開裂破壞，降低了瀝青混合料的低溫抗裂性能，對(duì)道路在低溫環(huán)境下的使用安全構(gòu)成威脅。4.3.2水穩(wěn)定性測(cè)試水穩(wěn)定性是瀝青混合料的重要性能之一，它直接關(guān)系到瀝青路面在潮濕環(huán)境下的耐久性和使用壽命。為了研究?jī)鋈谘h(huán)對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響，采用了浸水馬歇爾試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)兩種方法。浸水馬歇爾試驗(yàn)按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20-2011）中的T0709-2011標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。首先，將瀝青混合料制成標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，每組試件數(shù)量為6個(gè)。將試件分為兩組，一組為對(duì)照組，在60℃的恒溫水槽中保溫30-40min后，測(cè)定其馬歇爾穩(wěn)定度，記為MS1；另一組為試驗(yàn)組，先在60℃的恒溫水槽中浸泡48h，然后測(cè)定其馬歇爾穩(wěn)定度，記為MS2。通過計(jì)算殘留穩(wěn)定度MS0（MS0=MS2/MS1×100%）來評(píng)價(jià)瀝青混合料的水穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度逐漸降低。當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)為0次時(shí)，殘留穩(wěn)定度為90.5%；經(jīng)過10次凍融循環(huán)后，殘留穩(wěn)定度降至80.2%。這表明凍融循環(huán)會(huì)使瀝青與骨料之間的粘結(jié)力減弱，導(dǎo)致瀝青混合料在浸水條件下的穩(wěn)定性下降，更容易發(fā)生水損害，如剝落、松散等病害。凍融劈裂試驗(yàn)依據(jù)《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE20-2011）中的T0729-2011標(biāo)準(zhǔn)方法開展。將瀝青混合料制成直徑101.6mm、高度63.5mm的圓柱體試件，每組6個(gè)。試件同樣分為兩組，一組在25℃的恒溫水槽中浸泡2h后，測(cè)定其劈裂抗拉強(qiáng)度，記為R1；另一組先在25℃的水中浸泡2h，然后在0.09MPa的真空條件下浸水抽真空15min，再放入-18℃的冰箱中冷凍16h，接著在60℃的恒溫水槽中恒溫24h，最后在25℃的水中浸泡2h后，測(cè)定其劈裂抗拉強(qiáng)度，記為R2。通過計(jì)算殘留強(qiáng)度比TSR（TSR=R2/R1×100%）來評(píng)估瀝青混合料的水穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果表明，凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料的殘留強(qiáng)度比有顯著影響。未經(jīng)過凍融循環(huán)的試件，其殘留強(qiáng)度比為85.6%；經(jīng)過15次凍融循環(huán)后，殘留強(qiáng)度比降至70.3%。這進(jìn)一步說明凍融循環(huán)會(huì)加劇瀝青混合料的水損害程度，降低其抵抗水破壞的能力，嚴(yán)重影響瀝青路面的使用壽命和行車安全。4.3.3其他性能測(cè)試除了上述低溫性能和水穩(wěn)定性測(cè)試外，還對(duì)瀝青混合料的疲勞性能和動(dòng)態(tài)模量進(jìn)行了測(cè)試，以全面評(píng)估凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料性能的影響。疲勞性能測(cè)試采用三點(diǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)方法。將經(jīng)過不同凍融循環(huán)次數(shù)的瀝青混合料制成小梁試件，尺寸為380mm×63.5mm×50mm。試驗(yàn)在MTS疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，試驗(yàn)溫度控制在15℃，加載頻率為10Hz，采用應(yīng)力控制模式，應(yīng)力水平分別設(shè)定為0.5MPa、0.6MPa和0.7MPa。通過記錄試件在不同應(yīng)力水平下的疲勞壽命，分析凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料疲勞性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，瀝青混合料的疲勞壽命明顯縮短。在應(yīng)力水平為0.6MPa時(shí)，未經(jīng)過凍融循環(huán)的試件疲勞壽命為5000次；經(jīng)過10次凍融循環(huán)后，疲勞壽命降至3000次，下降了40%。這表明凍融循環(huán)會(huì)使瀝青混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)受損，降低其抵抗疲勞破壞的能力，在車輛荷載的反復(fù)作用下更容易出現(xiàn)疲勞裂縫，影響道路的長(zhǎng)期使用性能。動(dòng)態(tài)模量測(cè)試采用動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)方法。將瀝青混合料制成直徑100mm、高度150mm的圓柱體試件，在動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)溫度分別設(shè)定為5℃、15℃和25℃，加載頻率范圍為0.1Hz-25Hz。通過測(cè)量試件在不同溫度和加載頻率下的應(yīng)力和應(yīng)變響應(yīng)，計(jì)算得到動(dòng)態(tài)模量和相位角。試驗(yàn)結(jié)果表明，凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量和相位角有顯著影響。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，在相同溫度和加載頻率下，瀝青混合料的動(dòng)態(tài)模量逐漸降低，相位角逐漸增大。在溫度為15℃、加載頻率為10Hz時(shí)，未經(jīng)過凍融循環(huán)的試件動(dòng)態(tài)模量為12000MPa，相位角為30°；經(jīng)過15次凍融循環(huán)后，動(dòng)態(tài)模量降至9000MPa，相位角增大至35°。這說明凍融循環(huán)會(huì)改變?yōu)r青混合料的粘彈性特性，使其在不同溫度和加載頻率下的力學(xué)性能發(fā)生變化，影響道路在不同工況下的使用性能。五、提高瀝青混合料凍融穩(wěn)定性的方法5.1添加劑的應(yīng)用5.1.1聚合物添加劑聚合物添加劑在提高瀝青混合料抗凍融性能方面具有顯著效果，其作用原理基于聚合物獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)。以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SBS）為例，SBS是一種典型的熱塑性彈性體，由聚苯乙烯（PS）硬段和聚丁二烯（PB）軟段組成。在瀝青混合料中，SBS的PS硬段能夠在瀝青中形成物理交聯(lián)點(diǎn)，如同一個(gè)個(gè)“節(jié)點(diǎn)”，增強(qiáng)瀝青的內(nèi)聚力和強(qiáng)度。這些物理交聯(lián)點(diǎn)可以限制瀝青分子的自由運(yùn)動(dòng)，從而提高瀝青的高溫穩(wěn)定性，使其在高溫下不易流淌。同時(shí)，PB軟段則賦予瀝青良好的柔韌性和彈性，改善瀝青的低溫性能，使其在低溫下不易脆裂。在凍融循環(huán)過程中，SBS改性瀝青混合料表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。由于SBS的加入，瀝青與骨料之間的粘結(jié)力得到增強(qiáng)。這是因?yàn)镾BS分子能夠與瀝青分子相互纏繞，形成更為緊密的結(jié)構(gòu)，同時(shí)與骨料表面發(fā)生物理吸附和化學(xué)作用，使得瀝青與骨料之間的粘結(jié)更加牢固。當(dāng)混合料內(nèi)部孔隙中的水分凍結(jié)膨脹時(shí)，SBS改性瀝青能夠更好地抵抗凍脹應(yīng)力，減少瀝青與骨料之間的剝離現(xiàn)象。在多次凍融循環(huán)后，SBS改性瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度和韌性下降幅度明顯小于普通瀝青混合料。研究表明，經(jīng)過10次凍融循環(huán)后，普通瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度可能下降30%-40%，而SBS改性瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度下降幅度通常在15%-25%之間，韌性也能保持在較高水平。除了SBS，其他聚合物添加劑如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）也在提高瀝青混合料抗凍融性能方面發(fā)揮著重要作用。EVA具有良好的柔韌性和耐化學(xué)腐蝕性，能夠改善瀝青的低溫性能和抗老化性能。在凍融循環(huán)作用下，EVA可以增強(qiáng)瀝青的彈性回復(fù)能力，使瀝青在經(jīng)歷溫度變化時(shí)能夠更好地恢復(fù)原狀，減少裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。通過室內(nèi)試驗(yàn)和實(shí)際工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，添加EVA的瀝青混合料在凍融循環(huán)后的水穩(wěn)定性和耐久性也有顯著提高，其殘留穩(wěn)定度和殘留強(qiáng)度比等指標(biāo)明顯優(yōu)于未添加EVA的混合料。5.1.2其他添加劑抗剝落劑是一種能夠有效改善瀝青與骨料之間粘附性的添加劑，在提高瀝青混合料凍融穩(wěn)定性方面發(fā)揮著重要作用。在凍融循環(huán)過程中，水分的存在會(huì)削弱瀝青與骨料之間的粘結(jié)力，導(dǎo)致混合料出現(xiàn)剝落等病害?？箘兟鋭┑淖饔迷碇饕峭ㄟ^化學(xué)反應(yīng)或物理吸附，增強(qiáng)瀝青與骨料之間的相互作用力。一些抗剝落劑分子中含有極性基團(tuán)，這些極性基團(tuán)能夠與骨料表面的活性位點(diǎn)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，從而增強(qiáng)瀝青與骨料之間的粘結(jié)力?？箘兟鋭┻€可以在瀝青與骨料界面形成一層保護(hù)膜，阻止水分的侵入，進(jìn)一步提高粘結(jié)的穩(wěn)定性。通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在瀝青混合料中添加適量的抗剝落劑，能夠顯著提高其凍融劈裂強(qiáng)度比和殘留穩(wěn)定度。在未添加抗剝落劑的情況下，瀝青混合料經(jīng)過10次凍融循環(huán)后的凍融劈裂強(qiáng)度比可能僅為60%-70%，而添加抗剝落劑后，凍融劈裂強(qiáng)度比可提高到80%-90%，殘留穩(wěn)定度也能得到明顯提升，有效增強(qiáng)了瀝青混合料在凍融循環(huán)條件下的水穩(wěn)定性，減少了剝落病害的發(fā)生。溫拌劑是一種用于降低瀝青混合料拌和與壓實(shí)溫度的添加劑，它在提高瀝青混合料凍融穩(wěn)定性方面也有一定的作用。溫拌劑的作用機(jī)理主要有兩種：一種是通過表面活性劑的作用，在瀝青與骨料之間形成一層潤(rùn)滑膜，降低瀝青的粘度，使瀝青混合料在較低溫度下能夠更好地拌和均勻；另一種是通過發(fā)泡作用，使瀝青在較低溫度下產(chǎn)生泡沫，增加瀝青與骨料的接觸面積，提高粘結(jié)效果。在凍融循環(huán)環(huán)境下，溫拌劑的使用可以改善瀝青混合料的壓實(shí)性能，使混合料更加密實(shí)，從而減少水分的侵入。溫拌劑還能在一定程度上改善瀝青的低溫性能，提高瀝青混合料的抗裂能力。研究表明，使用溫拌劑的瀝青混合料在凍融循環(huán)后的空隙率明顯低于未使用溫拌劑的混合料，其低溫劈裂強(qiáng)度和抗疲勞性能也有所提高，在一定程度上提高了瀝青混合料的凍融穩(wěn)定性。5.2瀝青品質(zhì)的選擇5.2.1高黏度瀝青特性高黏度瀝青具有獨(dú)特的性能特點(diǎn)，在提高瀝青混合料凍融穩(wěn)定性方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。高黏度瀝青的黏度較高，這是其最顯著的特性之一。在60℃時(shí)，高黏度瀝青的動(dòng)力黏度通常遠(yuǎn)大于普通瀝青，一般可達(dá)到100000Pa?s以上。高的黏度使得瀝青分子之間的相互作用力增強(qiáng)，分子鏈之間的纏結(jié)更加緊密，從而提高了瀝青的內(nèi)聚力。這種高內(nèi)聚力使得瀝青在與骨料混合時(shí)，能夠更好地包裹骨料表面，形成更為牢固的粘結(jié)，增強(qiáng)了瀝青與骨料之間的粘附力。在凍融循環(huán)過程中，當(dāng)混合料內(nèi)部孔隙中的水分凍結(jié)膨脹產(chǎn)生凍脹應(yīng)力時(shí)，高黏度瀝青憑借其強(qiáng)大的粘附力，能夠有效抵抗這種應(yīng)力，減少瀝青與骨料之間的剝離現(xiàn)象，保持混合料結(jié)構(gòu)的完整性。高黏度瀝青還具有良好的彈性恢復(fù)性能。在受到外力作用發(fā)生變形后，高黏度瀝青能夠迅速恢復(fù)原狀，這種特性使其在凍融循環(huán)中具有出色的抗裂性能。在低溫凍結(jié)階段，高黏度瀝青的彈性可以緩沖凍脹應(yīng)力，減少裂縫的產(chǎn)生；而在溫度升高融化階段，其良好的彈性恢復(fù)能力又能使因凍脹而產(chǎn)生的微小裂縫得到一定程度的愈合，從而降低裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展的風(fēng)險(xiǎn)。通過小梁彎曲試驗(yàn)對(duì)比高黏度瀝青混合料和普通瀝青混合料的抗裂性能發(fā)現(xiàn)，在相同的凍融循環(huán)條件下，高黏度瀝青混合料的彎曲應(yīng)變能力更強(qiáng)，出現(xiàn)裂縫時(shí)的荷載更大，表明其具有更好的抗裂性能。高黏度瀝青的高溫穩(wěn)定性也較為突出。在高溫環(huán)境下，高黏度瀝青不易軟化流淌，能夠保持較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這一特性在凍融循環(huán)過程中同樣具有重要意義。在氣溫回升的階段，混合料可能會(huì)同時(shí)受到高溫和車輛荷載的作用，高黏度瀝青的高溫穩(wěn)定性可以保證混合料在這種復(fù)雜工況下仍能保持良好的力學(xué)性能，減少因高溫導(dǎo)致的變形和破壞，進(jìn)一步提高了瀝青混合料的凍融穩(wěn)定性。5.2.2不同瀝青對(duì)比為了更清晰地了解不同瀝青在凍融循環(huán)下的性能表現(xiàn)，對(duì)70號(hào)道路石油瀝青、SBS改性瀝青和高黏度改性瀝青進(jìn)行了對(duì)比研究。研究?jī)?nèi)容包括瀝青的基本性能指標(biāo)測(cè)試以及瀝青混合料在凍融循環(huán)后的性能測(cè)試。在基本性能指標(biāo)方面，70號(hào)道路石油瀝青是一種常見的基質(zhì)瀝青，其針入度為60-80（0.1mm），軟化點(diǎn)為46℃左右，延度在100cm以上。SBS改性瀝青是在70號(hào)道路石油瀝青的基礎(chǔ)上添加SBS聚合物進(jìn)行改性得到的，其針入度略有降低，一般在50-70（0.1mm）之間，軟化點(diǎn)有所提高，可達(dá)55℃以上，延度也有所下降，但仍能保持在50cm以上。高黏度改性瀝青則通過特殊的改性工藝和添加劑，使其具有極高的黏度，60℃動(dòng)力黏度通常大于100000Pa?s，針入度進(jìn)一步降低至30-50（0.1mm），軟化點(diǎn)可達(dá)到70℃以上，延度在30-50cm之間。對(duì)這三種瀝青制備的瀝青混合料進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，凍融循環(huán)次數(shù)設(shè)定為10次，凍結(jié)溫度為-20℃，融化溫度為20℃。試驗(yàn)結(jié)果表明，在凍融循環(huán)后，70號(hào)道路石油瀝青混合料的性能下降最為明顯。其殘留穩(wěn)定度僅為70%左右，凍融劈裂強(qiáng)度比為65%左右，抗拉強(qiáng)度下降了約35%。這是因?yàn)?0號(hào)道路石油瀝青的性能對(duì)溫度較為敏感，在凍融循環(huán)過程中，瀝青與骨料之間的粘結(jié)力容易受到破壞，導(dǎo)致混合料的水穩(wěn)定性和力學(xué)性能大幅降低。SBS改性瀝青混合料的性能表現(xiàn)優(yōu)于70號(hào)道路石油瀝青混合料。其殘留穩(wěn)定度可達(dá)到80%左右，凍融劈裂強(qiáng)度比為75%左右，抗拉強(qiáng)度下降約25%。SBS聚合物的添加改善了瀝青的高低溫性能，增強(qiáng)了瀝青與骨料之間的粘結(jié)力，使其在凍融循環(huán)下的性能劣化程度相對(duì)較小。高黏度改性瀝青混合料在凍融循環(huán)后的性能表現(xiàn)最為優(yōu)異。其殘留穩(wěn)定度可達(dá)到90%以上，凍融劈裂強(qiáng)度比為85%以上，抗拉強(qiáng)度下降約15%。高黏度改性瀝青的高黏度和良好的彈性恢復(fù)性能，使其能夠有效地抵抗凍融循環(huán)的破壞作用，保持瀝青混合料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和力學(xué)性能。綜合對(duì)比不同瀝青在凍融循環(huán)下的性能表現(xiàn)，在凍融循環(huán)較為頻繁的地區(qū)，應(yīng)優(yōu)先選擇高黏度改性瀝青用于道路建設(shè)。高黏度改性瀝青能夠顯著提高瀝青混合料的凍融穩(wěn)定性，減少路面病害的發(fā)生，延長(zhǎng)道路的使用壽命，雖然其成本相對(duì)較高，但從道路的長(zhǎng)期使用和維護(hù)成本來看，具有較高的性價(jià)比。對(duì)于凍融循環(huán)不太嚴(yán)重的地區(qū)，可以根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇SBS改性瀝青或70號(hào)道路石油瀝青，在保證工程質(zhì)量的前提下，合理控制成本。5.3配合比優(yōu)化5.3.1骨料級(jí)配調(diào)整骨料級(jí)配是影響瀝青混合料性能的關(guān)鍵因素之一，合理的骨料級(jí)配能夠有效減少孔隙率，增強(qiáng)瀝青混合料的抗凍融能力。在瀝青混合料中，骨料形成了骨架結(jié)構(gòu)，其級(jí)配的合理性直接關(guān)系到混合料內(nèi)部孔隙的大小和分布情況。當(dāng)骨料級(jí)配合理時(shí)，粗骨料之間能夠相互嵌擠，形成緊密的骨架結(jié)構(gòu)，細(xì)骨料則填充在粗骨料的空隙中，使混合料的整體結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，孔隙率降低。通過理論分析可知，骨料的最大粒徑、顆粒形狀以及級(jí)配曲線的形狀等因素都會(huì)對(duì)孔隙率產(chǎn)生影響。較大粒徑的粗骨料可以提供更強(qiáng)的骨架支撐，但如果粒徑過大，可能會(huì)導(dǎo)致粗骨料之間的空隙難以被細(xì)骨料充分填充，從而增加孔隙率。而合適的顆粒形狀，如接近立方體的顆粒，能夠更好地相互嵌擠，減少空隙。在實(shí)際工程中，常采用連續(xù)級(jí)配和間斷級(jí)配兩種方式。連續(xù)級(jí)配是指從最大粒徑到最小粒徑的各級(jí)骨料，按比例連續(xù)分布，這種級(jí)配能夠使骨料之間的過渡更加平滑，減少空隙的產(chǎn)生；間斷級(jí)配則是在連續(xù)級(jí)配的基礎(chǔ)上，剔除某些粒徑的骨料，形成不連續(xù)的級(jí)配曲線，間斷級(jí)配可以使粗骨料之間形成更強(qiáng)的嵌擠作用，進(jìn)一步提高混合料的密實(shí)度，但對(duì)施工技術(shù)要求較高。為了驗(yàn)證骨料級(jí)配調(diào)整對(duì)瀝青混合料抗凍融性能的影響，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)置了三組不同級(jí)配的瀝青混合料，分別為對(duì)照組（常規(guī)級(jí)配）、試驗(yàn)組1（優(yōu)化連續(xù)級(jí)配）和試驗(yàn)組2（優(yōu)化間斷級(jí)配）。對(duì)三組試件進(jìn)行相同條件的凍融循環(huán)試驗(yàn)，凍結(jié)溫度為-20℃，融化溫度為20℃，凍融循環(huán)次數(shù)為10次。試驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)照組試件在凍融循環(huán)后的空隙率為6.5%，試驗(yàn)組1試件的空隙率降低至4.8%，試驗(yàn)組2試件的空隙率進(jìn)一步降低至4.2%。在凍融循環(huán)后的力學(xué)性能測(cè)試中，對(duì)照組試件的劈裂強(qiáng)度下降了30%，試驗(yàn)組1試件的劈裂強(qiáng)度下降了22%，試驗(yàn)組2試件的劈裂強(qiáng)度下降了18%。這表明通過優(yōu)化骨料級(jí)配，能夠有效降低瀝青混合料的孔隙率，減少水分在混合料內(nèi)部的存儲(chǔ)空間，從而降低凍融循環(huán)過程中水分凍結(jié)膨脹對(duì)混合料結(jié)構(gòu)的破壞，提高瀝青混合料的抗凍融能力。5.3.2瀝青用量控制瀝青用量對(duì)瀝青混合料性能有著至關(guān)重要的影響，合理控制瀝青用量是提高瀝青混合料抗凍融性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。瀝青在瀝青混合料中主要起粘結(jié)作用，將骨料粘結(jié)成一個(gè)整體，賦予混合料一定的強(qiáng)度和柔韌性。然而，瀝青用量并非越多越好，當(dāng)瀝青用量過多時(shí)，會(huì)使瀝青混合料的空隙率減小，導(dǎo)致混合料在高溫時(shí)容易出現(xiàn)泛油現(xiàn)象，降低路面的抗滑性能；同時(shí)，過多的瀝青還會(huì)使混合料的勁度模量降低，在車輛荷載作用下更容易產(chǎn)生變形，影響路面的穩(wěn)定性。相反，若瀝青用量過少，骨料之間的粘結(jié)力不足，混合料的強(qiáng)度和耐久性會(huì)顯著下降，在凍融循環(huán)等惡劣環(huán)境作用下，更容易出現(xiàn)裂縫和剝落等病害。為了確定最佳瀝青用量，采用馬歇爾試驗(yàn)法進(jìn)行研究。馬歇爾試驗(yàn)是一種常用的瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)方法，通過測(cè)定瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、流值、空隙率、瀝青飽和度等指標(biāo)，來確定最佳瀝青用量。在試驗(yàn)過程中，首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或規(guī)范推薦的瀝青用量范圍，選取5個(gè)不同的瀝青用量，分別制備瀝青混合料試件。對(duì)每組試件進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)，測(cè)定其各項(xiàng)指標(biāo)。以瀝青用量為橫坐標(biāo)，以馬歇爾穩(wěn)定度、流值、空隙率、瀝青飽和度等指標(biāo)為縱坐標(biāo)，繪制關(guān)系曲線。從曲線中可以看出，隨著瀝青用量的增加，馬歇爾穩(wěn)定度先增大后減小，存在一個(gè)峰值；流值則逐漸增大；空隙率逐漸減??；瀝青飽和度逐漸增大。最佳瀝青用量通常取馬歇爾穩(wěn)定度最大值對(duì)應(yīng)的瀝青用量、密度最大值對(duì)應(yīng)的瀝青用量、目標(biāo)空隙率對(duì)應(yīng)的瀝青用量以及三者的平均值中的一個(gè)或多個(gè)進(jìn)行綜合確定。通過馬歇爾試驗(yàn)確定的最佳瀝青用量，能夠使瀝青混合料在滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求的同時(shí)，具有較好的抗凍融性能。在凍融循環(huán)試驗(yàn)中，采用最佳瀝青用量制備的瀝青混合料試件，相比瀝青用量不合理的試件，在經(jīng)歷相同次數(shù)的凍融循環(huán)后，其力學(xué)性能下降幅度更小，水穩(wěn)定性更好，能夠有效抵抗凍融循環(huán)的破壞作用，延長(zhǎng)道路的使用壽命。六、工程案例分析6.1案例選取與背景介紹為深入探究?jī)鋈谘h(huán)對(duì)瀝青混合料性能在實(shí)際工程中的影響，本研究精心選取了三個(gè)具有代表性的道路工程案例。這些案例分別位于不同地區(qū)，其地理環(huán)境和氣候條件各具特點(diǎn)，涵蓋了嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)以及季節(jié)性凍融地區(qū)，能夠全面反映凍融循環(huán)在不同條件下對(duì)瀝青混合料性能的作用機(jī)制。案例一是位于黑龍江省哈爾濱市的某城市主干道。哈爾濱地處我國(guó)東北地區(qū)，屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季漫長(zhǎng)而寒冷，年平均氣溫約為3.5℃，冬季最低氣溫可達(dá)-30℃以下。該地區(qū)降雪量大，凍融循環(huán)現(xiàn)象極為頻繁，每年冬季的凍融循環(huán)次數(shù)可達(dá)30-40次。此道路建成于2010年，交通流量較大，日均車流量達(dá)到5-6萬輛，重型車輛占比較高，約為15%-20%。由于長(zhǎng)期受到凍融循環(huán)和交通荷載的雙重作用，路面出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的病害。案例二為內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市的一條高速公路。呼倫貝爾市位于內(nèi)蒙古東北部，屬于溫帶大陸性氣候，冬季寒冷干燥，年平均氣溫在-2℃左右，冬季最低氣溫常低于-40℃。該地區(qū)冬季降雪豐富，且晝夜溫差大，凍融循環(huán)作用強(qiáng)烈，每年凍融循環(huán)次數(shù)約為25-35次。這條高速公路于2008年通車，承擔(dān)著重要的交通運(yùn)輸任務(wù)，交通流量逐年遞增，目前日均車流量約為4-5萬輛，重載車輛比例較高，約為20%-25%。在凍融循環(huán)和車輛荷載的長(zhǎng)期影響下，路面性能逐漸下降，病害問題日益凸顯。案例三是位于遼寧省沈陽市的某城市快速路。沈陽地處東北地區(qū)南部，屬于溫帶半濕潤(rùn)大陸性氣候，冬季較為寒冷，年平均氣溫約為7℃，冬季最低氣溫一般在-20℃左右。該地區(qū)冬季有一定降雪量，凍融循環(huán)次數(shù)相對(duì)前兩個(gè)案例較少，每年約為15-25次。此快速路建成于2012年，交通繁忙，日均車流量高達(dá)6-8萬輛，車輛類型復(fù)雜，包括大量的小型汽車、公交車和貨車。由于受到凍融循環(huán)和交通荷載的共同作用，路面也出現(xiàn)了不同程度的損壞。6.2案例分析與問題診斷通過對(duì)三個(gè)案例道路的路面狀況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了一系列因凍融循環(huán)導(dǎo)致的典型病害。在黑龍江哈爾濱的城市主干道，路面出現(xiàn)了大量的裂縫，包括橫向裂縫、縱向裂縫和網(wǎng)狀裂縫。裂縫寬度在0.5-5mm之間，部分裂縫深度貫穿整個(gè)瀝青面層。同時(shí)，路面還存在明顯的坑槽，坑槽面積大小不一，從幾平方厘米到數(shù)平方米不等，深度一般在3-10cm之間。這些坑槽不僅影響行車舒適性，還對(duì)行車安全構(gòu)成威脅。在內(nèi)蒙古呼倫貝爾的高速公路上，除了裂縫和坑槽外，還出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的路面松散現(xiàn)象。部分路段的瀝青混合料表面骨料脫落，形成松散的顆粒，嚴(yán)重影響了路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在遼寧沈陽的城市快速路，路面則出現(xiàn)了鼓包和車轍現(xiàn)象。鼓包高度一般在2-5cm之間，車轍深度在5-10mm之間，這使得路面平整度大幅下降，車輛行駛時(shí)產(chǎn)生顛簸，降低了道路的服務(wù)水平。為了深入探究這些病害產(chǎn)生的原因，對(duì)三個(gè)案例道路的瀝青混合料進(jìn)行了性能檢測(cè)和微觀結(jié)構(gòu)分析。通過室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定瀝青混合料的各項(xiàng)性能指標(biāo)，結(jié)果顯示，三個(gè)案例道路的瀝青混合料在經(jīng)歷凍融循環(huán)后，其力學(xué)性能、水穩(wěn)定性和耐久性均出現(xiàn)了明顯下降。黑龍江哈爾濱案例道路的瀝青混合料抗拉強(qiáng)度下降了30%-40%，殘留穩(wěn)定度降至70%左右；內(nèi)蒙古呼倫貝爾案例道路的瀝青混合料抗壓強(qiáng)度降低了25%-35%，凍融劈裂強(qiáng)度比降至65%左右；遼寧沈陽案例道路的瀝青混合料抗彎拉強(qiáng)度下降了20%-30%，疲勞壽命縮短了30%-40%。通過掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)瀝青混合料的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)凍融循環(huán)導(dǎo)致瀝青與骨料之間的粘結(jié)界面出現(xiàn)明顯的裂縫和剝離現(xiàn)象。在黑龍江哈爾濱案例道路的瀝青混合料中，SEM圖像顯示瀝青與骨料之間的粘結(jié)界面存在大量微小裂縫，部分骨料表面的瀝青已經(jīng)完全剝落；內(nèi)蒙古呼倫貝爾案例道路的瀝青混合料中，微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出松散狀態(tài)，骨料之間的連接變得薄弱；遼寧沈陽案例道路的瀝青混合料中，微觀裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，形成了連通的裂縫網(wǎng)絡(luò)，嚴(yán)重破壞了瀝青混合料的結(jié)構(gòu)完整性。綜合路面病害調(diào)查和性能檢測(cè)結(jié)果，分析得出凍融循環(huán)對(duì)瀝青混合料性能產(chǎn)生影響的主要原因。在凍融循環(huán)過程中，水分在瀝青混合料內(nèi)部孔隙中凍結(jié)膨脹，產(chǎn)生巨大的凍脹應(yīng)力，破壞了瀝青與骨料之間的粘結(jié)力，導(dǎo)致瀝青混合料的力學(xué)性能下降。水分的反復(fù)凍融還會(huì)使瀝青混合料內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，空隙率增大，加速了瀝青的老化和混合料的損壞，降低了其水穩(wěn)定性和耐久性。交通荷載的反復(fù)作用也會(huì)加劇瀝青混合料的疲勞破壞，與凍融循環(huán)產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)一步惡化路面狀況。6.3解決方案與效果評(píng)估針對(duì)案例中道路出現(xiàn)的問題，采取了一系列有效的抗凍融措施，并對(duì)措施實(shí)施后的效果進(jìn)行了全面評(píng)估。在添加劑應(yīng)用方面，選用了SBS聚合物添加劑和抗剝落劑。在黑龍江哈爾濱的城市主干道修復(fù)工程中，對(duì)瀝青混合料添加了4%的SBS聚合物和0.3%的抗剝落劑。SBS聚合物的加入顯著改善了瀝青的性能，其彈性和韌性得到提高，能夠更好地抵抗凍脹應(yīng)力?？箘兟鋭﹦t增強(qiáng)了瀝青與骨料之間的粘結(jié)力，有效減少了水分侵蝕導(dǎo)致的剝落現(xiàn)象。經(jīng)過一年的跟蹤監(jiān)測(cè)，路面裂縫的發(fā)展速度明顯減緩，新裂縫的產(chǎn)生數(shù)量減少了約40%，坑槽修補(bǔ)次數(shù)也減少