小氣候?qū)Τ鞘械缆分新嚨罏r青路面裂縫的影響
江蘇淮安市市政工程總公司陳新國(guó)
１、引言瀝青路面在建成后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的使用，會(huì)產(chǎn)生各種裂縫。其中主要有交通量、荷載、氣候條件、基層強(qiáng)度和穩(wěn)定性以及材料自身存在的問(wèn)題等因素。城市道路，由于其使用功能不同，分為主干路、次干路、支路等。道路類型又可分為快車道、慢車道、混合車道等。因此產(chǎn)生裂縫的原因，除了以上所述外，我們認(rèn)為還與道路位置有很大關(guān)系。城市道路因其特殊的地理位置，大多數(shù)是以南北向、東西向道路為主。它們穿行在各種不同的建筑群中。接受陽(yáng)光的輻射和溫度的變化都不一樣。城市道路中的次干道，慢車道交通量很小，其主要功能是承擔(dān)一些小型車輛和自行車流。因此，如此小的荷載是不易造成載荷裂縫的。那么，其它原因就應(yīng)該考慮到溫度和氣候條件了。氣候條件，有大氣候和小氣候之分。大氣候主要指的是大氣的冷暖、干濕的變化；而“小氣候”，是每條道路所處的地理位置和環(huán)境在大氣候的影響下產(chǎn)生的冷暖、干濕的變化。而這種小變化對(duì)瀝青路面裂縫的影響，是不可低估的。本文就我們?cè)趯?duì)瀝青路面裂縫調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的一些現(xiàn)象，就瀝青路面產(chǎn)生裂縫的機(jī)理，闡述城市道路中“小氣候”對(duì)瀝青路面裂縫的影響。并請(qǐng)有關(guān)專家、同行們指教。２、城市道路中特殊的地理位置和氣候環(huán)境如上所述，城市道路大多數(shù)是以東西、南北向成經(jīng)緯線排列，穿行于各種不同的建筑物（特別是高層建筑物）之中并受到它們的遮擋，局部地區(qū)受陽(yáng)光輻射的時(shí)間相對(duì)要少。特別是東西向道路，靠南部（即背陰處）在冬季接受陽(yáng)光輻射的時(shí)間比靠北部（向陽(yáng)處）要少。高層建筑物的背陰處，在冬季則可能整天都得不到陽(yáng)光的照射。而冬季，正是低溫使瀝青路面產(chǎn)生縮裂的季節(jié)。冬季雨雪過(guò)后，向陽(yáng)地段的瀝青路面因受陽(yáng)光照射，黑色路面吸熱，冰雪可以很快融解并蒸發(fā)。而背陰處，則因得不到陽(yáng)光輻射，只靠氣溫對(duì)冰雪進(jìn)行融解，再加上冰雪本身的低溫以及背陰處低溫的交互影響，冰雪融化開(kāi)始時(shí)間遲，結(jié)冰時(shí)間早，融化時(shí)間短。如背陰處冰雪不及時(shí)鏟除，冰雪存在的時(shí)間要比向陽(yáng)地段長(zhǎng)的多。另外，背陰處往往處于北方寒風(fēng)的直接影響之下，也降低了冰雪融化的能力。而向陽(yáng)地段除了陽(yáng)光照射外，由于建筑物的遮擋，受寒風(fēng)的影響相對(duì)要小的多。據(jù)我們觀察，在冬季，向陽(yáng)地段與背陰地段白天的溫差較大。見(jiàn)表１向陽(yáng)地段與背陰地段溫差觀測(cè)表表１背陰處融雪情況：我市93年11月20日降了一場(chǎng)大雪。我們觀測(cè)了我市淮海西路的一個(gè)地段。向陽(yáng)處在第二天（11月21日)下午完全融清，背陰處到11月27日下午才完全融清，共用了七天時(shí)間?；搓幨械靥幪K北地區(qū)，處于冷暖地區(qū)交匯處，既有寒冷地區(qū)的低溫現(xiàn)象，也反映溫暖地區(qū)的一些特征，冬季低溫時(shí)間集中在11月下旬到來(lái)年2月上旬，瀝青路面出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象也最多。３.瀝青路面基層及面層材料的溫度收縮機(jī)理３－１、基層材料的溫度收縮機(jī)理淮陰市目前的道路結(jié)構(gòu)中，底基層及基層結(jié)構(gòu)大多數(shù)采用石灰土、二灰土及石灰土結(jié)石、二灰類混合料作為基層材料，由這些材料組成了半剛性基層。組成基層的材料由固相、液相、氣相組成。外觀溫縮系數(shù)受其基本的固、液、氣不同的溫縮性的綜合影響（由于氣相對(duì)溫縮影響很小，可以忽略不計(jì)）。就組成礦物顆粒而言，原材料收縮系數(shù)較?。é羣=10×10-6左右數(shù)量級(jí)），而基層材料生成物（新生的膠結(jié)物）的收縮系數(shù)，則是原材料收縮系數(shù)的2-4倍（如石灰土αt=40×10-6)。半剛性基層的溫度收縮系數(shù)主要是其內(nèi)部的大孔隙、毛細(xì)孔、凝膠孔中的水通過(guò)擴(kuò)張作用，毛管壓力作用和冰凍作用對(duì)其產(chǎn)生較大的收縮影響。其中水的線膨脹系數(shù)αt=70×10-6，水結(jié)冰后體積增大10％，有時(shí)由于冰的膨脹力使顆粒產(chǎn)生擠壓、靠近，從而使基層板體斷裂，產(chǎn)生裂縫。根據(jù)機(jī)理分析：水是影響半剛性基層材料溫縮性的最主要因素，特別是在非飽和水狀態(tài)時(shí)影響較大。而城市道路中背陰處，由于低溫的影響，雨雪水的侵入，半剛性基層材料的濕度相對(duì)要大一些。此時(shí)，由于冰凍原因，地表溫度長(zhǎng)期處于零度以下。根據(jù)有關(guān)資料表明：半剛性基層材料的溫縮系數(shù)在溫度０￣－１０°Ｃ時(shí)，在最佳含水量附近，總表現(xiàn)最大值。因此，長(zhǎng)期低溫凍脹，勢(shì)必要出現(xiàn)裂縫,并由此反射到地面，形成反射裂縫。而向陽(yáng)地段由于陽(yáng)光輻射、背風(fēng)保暖，溫度上升較快，冰雪及時(shí)融化并被蒸發(fā)掉，基層含水量相對(duì)要小。地表及地下溫度由于黑色路面的吸熱，相對(duì)要高一些。出現(xiàn)凍脹的現(xiàn)象肯定要比背陰處少，基層裂縫也相對(duì)要少。３－２、瀝青面層的溫度收縮機(jī)理低溫收縮裂縫是一種常見(jiàn)的瀝青路面的破壞形式，它通常起源于應(yīng)力集中部位，然后逐漸擴(kuò)展為貫通路幅全寬的裂縫。冬季，隨著溫度下降，瀝青材料由彈性體轉(zhuǎn)變?yōu)閯傂泽w，并開(kāi)始收縮。由于瀝青面層在路面中受到約束，當(dāng)收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，瀝青面層就出現(xiàn)裂縫。由于瀝青路面寬度有限，收縮所受到的約束力小，所以低溫裂縫主要是橫向的。我市使用的是勝利１００＃，６０＃道路瀝青。據(jù)北京市政工程研究所的研究表明：勝利１００＃瀝青與阿６０＃瀝青相比，其低溫延度值小于阿６０＃，０￣－１５°Ｃ低溫收縮系數(shù)大于阿６０＃，其它如茂名、任丘等瀝青均如此。見(jiàn)表２國(guó)內(nèi)外瀝青低溫性能比較表２另外，瀝青路面低溫縮裂的另一個(gè)原因是瀝青材料的應(yīng)力松馳，即蠕變過(guò)程產(chǎn)生的。瀝青面層具有粘彈性，某一時(shí)刻產(chǎn)生的溫度應(yīng)力隨時(shí)間增長(zhǎng)會(huì)逐漸減小，即應(yīng)力發(fā)生松馳。氣溫下降時(shí)，瀝青面層將產(chǎn)生收縮變形。由于相鄰材料單元的相互制約，降溫引起的收縮變形受到限制，瀝青面層內(nèi)產(chǎn)生均勻分布的溫度應(yīng)力。應(yīng)力松馳需要無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間，當(dāng)降溫速度較快時(shí)，各時(shí)刻產(chǎn)生的應(yīng)力一部分松馳掉，一部分累積起來(lái)，當(dāng)殘余應(yīng)力累積到一定程度而超過(guò)材料的容許應(yīng)力時(shí)，路面出現(xiàn)裂縫。而瀝青面層在橫向和深度方向的幾何尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于縱向，溫度應(yīng)力通常僅沿縱向發(fā)生，反應(yīng)在路面則出現(xiàn)橫向裂縫，特別是橫向薄弱部位（窨井、雨水井）最易發(fā)生。城市道路中特別是北方城市道路中背陰處的瀝青路面，在冬季連續(xù)低溫以及雨雪等因素的影響下，瀝青路面產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力與松馳殘余溫度應(yīng)力的累積作用相互影響，路面產(chǎn)生的裂縫數(shù)量相應(yīng)要比向陽(yáng)地段要多。４、淮陰市有關(guān)瀝青路面低溫裂縫的調(diào)查我市瀝青路面的裂縫情況，是我們?cè)?993年10月上旬進(jìn)行調(diào)查的。在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)這么一個(gè)現(xiàn)象：東西向道路南側(cè)慢車道的橫向裂縫要比北側(cè)車道的多。針對(duì)這種情況，我們進(jìn)行了深入的調(diào)查，對(duì)我市所有東西向的慢車道瀝青路面的裂縫情況進(jìn)行了調(diào)查（見(jiàn)表３）。并對(duì)此作了一定的研究，提出了有關(guān)城市道路“小氣候”的概念?；搓幨袞|西向道路慢車道裂縫情況調(diào)查分析表表３調(diào)查時(shí)間：1993年10月3-5日調(diào)查人：陳新國(guó)王玉成５、我們的看法：５－１、城市道路中“小氣候”確實(shí)存在，它是影響瀝青路面裂縫的一個(gè)不可忽視的因素，必須引起重視。５－２、在城市道路的設(shè)計(jì)中，對(duì)東西向道路背陰處路面的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臏囟荣Y料進(jìn)行設(shè)計(jì)。在道路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到各種收縮因素。特別是道路結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)時(shí)，更不可忽視。５－３、對(duì)城市道路各結(jié)構(gòu)層次的施工應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范、規(guī)程。應(yīng)在冰凍期到來(lái)之前完工，如不能完成的，也應(yīng)在冰凍期間停止施工，待平均溫度達(dá)到一定的指標(biāo)后方可繼續(xù)施工。否則，低溫縮裂，不可避免。
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2004-12-06
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