温度对公路路面的影响及控制措施

分类：城市规划论文发表 时间：2020-11-21 10:27 关注：(1)

　　沥青混合料为粘弹性材料，自身对温度变化较为敏感，当温度达到其软化点时，将出现严重的车辙等病害，影响了沥青路面结构的耐久性和使用寿命。本论述结合热力学基本原理，列出了温度在路面结构中的热传导方程，从理论上阐释了温度在路面结构中的传递原理，并根据以往的研究，得到了温度对公路沥青路面自身温度、车辙、动稳定度、动力响应等方面的影响；最后，总结了高温条件下公路路面施工的质量控制措施，包括做好施工前准备工作、提高公路路基对应工作区的强度和稳定性、沥青混合料级配与施工时间的选择、对路面进行预防性维护等。

　　关键词：道路工程；温度；公路路面；施工质量控制

　　公路是城市交通的主要组成部分［1］，在国民经济建设与发展中扮演着极其重要的角色［2］。而在公路工程施工中，沥青路面的施工技术水平是项目质量控制的关键点之一，其对公路工程项目的质量水平影响极大［3］。由于沥青混合料路面结构强度高、高平整性、高连续性、耐磨性好、行车跳动小、施工周期短、养护维修方便等一系列优异性能，故实际工程中常采用沥青混合料路面［4］。在实际公路工程项目施工过程中，受施工人员专业素养、环境与地质条件因素、原材料初始缺陷等内外因素的影响，沥青路面施工质量难以得到保证［5］，常出现泛油、坑槽、波浪、壅包、沉陷、滑溜、车辙、裂缝、松散等病害，是公路工程质量的通病［1］［6］。沥青混合料为粘弹性材料，自身对温度变化较为敏感，气温升高将直接引起沥青路面温度的升高，进而导致热量在路面结构中缓慢累积，甚至高于环境温度，当温度达到沥青混合料软化点时，将造成严重的车辙等病害，影响路面结构的行车舒适度及安全性，严重影响了沥青路面结构的耐久性和使用寿命［6］。因此，本论述基于温度场理论及路面结构的温度场分布形式，探讨了温度对公路路面的作用机理，并分析了公路路面结构在施工过程中针对温度影响的一些施工质量控制措施。

　　1温度对公路路面的作用机理

　　1.1公路路面温度传递原理

　　影响路面温度场的因素按照其作用形式和来源，可分为外部因素和内部因素，其中，外部因素包括气温、气压、风速、太阳辐射、湿度等，内部因素包括材料自身的物理力学性能及路面结构形式等［7］。以往的研究表明，在影响沥青路面温度场的环境因素中，气温对其影响最为显著，相比之下，太阳辐射是除气温之外对路面温度场最主要的影响因素，其在白天使路面温度升高［8］。根据热力学基本原理，公路路面结构热量传递包括热辐射、热传导和热对流三种基本方式。表征固体中热量传递过程的热传导方程如式（1-5）所示［9-14］。如图1所示，取一微元体dxdydz，满足均匀性和各向同性的假定。

　　1.2温度对公路沥青路面的影响

　　气温对沥青路面的力学性能和耐久性影响较大，沥青路面自身的温度可能会比气温高25℃左右，尤其在我国南方地区，最高气温可达35℃以上，公路沥青路面的温度最高时可能会达到60℃～65℃，加之南方地区夏季高温持续时间长，公路工程车流大，交通压力大，公路沥青路面在上述因素综合影响下，自身劲度模量会大幅度降低，抗变形能力亦随之下降，从而导致公路沥青路面出现车辙、推拥等不可恢复的永久性变形，给公路沥青路面的耐久性、安全性、行车舒适性等带来严重影响［15］。有研究表明［16］，当温度较低时，柔性基层、半刚性基层、冷再生基层对应的沥青路面所产生的车辙差别不大，而温度不断升高时，车辙增量随之逐渐变大。当温度逐渐升高时，公路沥青面层自身的模量不断减小，路面结构所承受的应变与应力则不断增大，且温度的升高会导致混合料的抗剪与抗压强度降低，上述的分析与结果说明，在高温条件下，公路沥青路面更容易出现车辙病害。相对而言，半刚性基层自身具有较大的回弹模量，在一定程度上能提高路面结构层的整体刚度，但公路沥青路面所分担的应力会随之不断增加，因此，采用半刚性基层不利于提高路面的抗车辙能力。因此，在高温条件下，柔性基层公路沥青路面抗车辙能力最强，半刚性基层公路沥青路面抗车辙能力最弱。此外，以往研究表明［4］［17］，温度对沥青路面的力学响应和动稳定度有极为显著的影响。随着温度的升高，公路沥青路面的基层底部纵向应变、路表弯沉、路基顶部竖向压应变以及底部横向应变随着温度的逐渐升高，呈现出相当明显的增大趋势，而动稳定度则呈现出相当明显的下降趋势，且温度越高，这一趋势越明显。相对而言，公路沥青面层底部的纵向和横向拉应变随着温度的升高呈现出先增大后减小的趋势。沥青路面随着温度的升高逐渐由弹性向粘弹性转变，混合料自身的模量变化较大，逐渐变得较小，因此会导致公路沥青路面承载能力下降，进而致使基层分担较多的荷载。

　　2高温条件下公路路面施工质量控制

　　首先，做好施工前准备工作，提高公路路基对应工作区的强度和稳定性，保证设计的沥青路面结构和沥青混合料类型及物理力学性能。严格遵循沥青路面设计规范，面层满足车辆行驶的使用要求外，还须采取相应措施保证公路路面的防渗性，如选用粒径与空隙较小的级配混合料。严格控制路基施工过程中的填筑工艺，保证路基强度，其中压实度是表征路基轻度的主要参数之一，也是保证路基强度并控制施工质量最有效、最经济的技术措施之一，故此施工过程中需要严加控制压实度，并注意降低施工过程路基周围的地下水，以有效保证并提高路基工作区的强度和稳定性。其次，施工过程中注意采取对应的措施，降低高温对公路路面施工的影响并保证施工质量。根据以往的研究，施工过程中进行沥青混合料设计必须考虑材料的高温性能时，混合料应选择能形成逐级嵌套骨架结构的级配形式，同时结合近年发展起来的较为先进的Superpave技术对应的设计理念，充分考虑公路沥青路面在其服务期内温度对路面的影响，对高温条件下公路沥青路面的设计及施工采取一定的预防措施，尽量避开沥青混合料中细集料容易在高温条件先形成流动的集料范围。通过车辙试验可以得到公路沥青路面动稳定度与沥青混合料油石比之间的回归关系，进而考虑高温条件下施工过程中沥青混合料的油石比设计。此外，在进行混凝土路面施工时，温度对混凝土早期强度的形成时间影响较大，面层铺筑施工时，施工时间可选择在16：00时之前，夜间施工应在22：00时之后进行［15］。最后，对公路沥青路面进行及时的预防性维护，已经产生病害的部位，选取适宜的措施进行维修维护，提高路面的使用寿命和耐久性。一直以来，传统意义上公路工程的维修和养护，只是等到路面开始出现损坏或已经发生较为严重的损坏时才进行维修养护，对于那些正常使用但未出现病害的路段并未采取措施，忽略了预防性养护的重要性。预防性养护是公路工程运营过程中周期性的强制保养措施，并不考虑公路工程的路面是否发生破损，其最佳的实施时段应该是在路面未发生破损或有损坏的征兆时。采取预防性养护，比公路路面发生破损后再进行维修维护代价要小，且施工简单方便，具有较高的经济效益和社会效益。

　　3结束语

　　温度对公路沥青路面的力学性能和耐久性影响较大，加之我国南方部分地区夏季高温持续时间长，公路交通压力大，路面在上述因素综合影响下会出现车辙、推拥等不可恢复的损伤，对公路沥青路面的耐久性、安全性、行车舒适性等影响较大。因此，高温条件下公路路面施工时，应做好施工前准备工作，提高公路路基对应工作区的强度和稳定性，保证设计的沥青路面结构和沥青混合料类型及物理力学性能；施工过程中沥青混合料应选择能形成逐级嵌套骨架结构的级配形式，借鉴Superpave技术的设计理念，充分考虑公路沥青路面在其服务期内温度对路面的影响，尽量避开沥青混合料中细集料容易在高温条件先形成流动的集料范围；对公路沥青路面进行预防性维护，不仅比公路路面发生破损后再进行维修维护代价要小，且施工简单方便，具有较高的经济效益和社会效益。

　　作者：贾金鹏