1.山东科晋软件科技有限公司，山东 济南 250357
2.山东省路桥集团有限公司，山东 济南 250021
摘要：为了改善沥青路面低温开裂现象，采用层次分析法明确沥青路面低温开裂影响因素的重要性。首先，通过对沥青路面低温开裂机理进行分析，优选影响沥青路面低温开裂施工方面的因素；然后，利用层次分析法对影响因素进行进一步分析，从而确定影响低温开裂的指标重要程度。初步优选的沥青路面低温开裂的控制指标：油石比、矿料级配、平整度、施工温度和空隙率。根据层次分析法结果，各项指标的重要性：空隙率>施工温度>平整度>油石比>矿料级配。因此，为提升沥青路面的抗低温开裂性能，在施工过程中，应重点监控压实后的空隙率和施工温度等因素。
关键词：沥青面层，低温开裂，控制指标，层次分析法
中图分类号： U416.217 文献标志码：A
Construction Control Index of Asphalt Layer Based on Low-Temperature Cracking
ZHAO Yu-long1, CUI Feng2, SHI Xiang-yu2, LIANG Wen-yuan1
(1. Shandong Kejin Software Technology Co. Ltd, Jinan 250357, China; 2. SHANDONG LUQIAO GROUP CO. LTD, Jinan 250021, China)
Abstract：In order to improve the low-temperature cracking of asphalt pavement, the importance of the factors affecting the low-temperature cracking of asphalt pavement was analyzed by the analytic hierarchy process (AHP). Firstly, through the analysis of the low-temperature cracking mechanism of asphalt pavement, the factors affecting the low temperature cracking construction of asphalt pavement are preferred. Then, the influencing factors are further analyzed by the AHP to determine the importance of these factors. The preliminary preferred control indices for low-temperature cracking are asphalt-stone ratio, mineral gradation, flatness, construction temperature, and air voids. According to the results of the AHP, the importance of these factors is air voids > construction temperature > flatness > asphalt-stone ratio > mineral gradation. Therefore, in order to improve the low-temperature cracking resistance of the asphalt pavement, factors such as the air voids and the construction temperature should be paid more attention during the construction process.
Key words：Asphalt Layer, Low-temperature cracking, Control index, Analytic hierarchy process
1.前言
目前，在高等级公路建设中，沥青路面有着无可比拟的优点。它作为一种连续无缝路面，具有强度高、行驶平稳、舒适、振动小、无粉尘、噪音低、维护方便以及适合分阶段施工等诸多优点[1]。一般而言，沥青路面常见病害包括车辙和开裂等。其中，路面开裂包括疲劳引起的开裂、低温引起的开裂和反射引起的开裂以及近年来的一些新型损坏开裂[2-3]。这些裂缝的出现降低了沥青路面的服务质量，影响路面预期寿命的实现。
美国于1987年启动了SHRP国家战略公路研究计划[4]。随着SHRP的出现，沥青路面温度裂缝的研究进入了一个崭新的阶段。该项目取得的成果在于沥青和路面性能这两个领域。而SUPERPAVE技术是沥青路面领域的主要研究成果[5]。SUPERPAVE沥青性能规范以及混合料设计已成为美国沥青路面的传统施工规范[6-7]。该研究采用路面性能用于控制施工过程。沥青面层施工指标是保证施工质量非常重要的工具[8-9]。因此，本研究针对沥青路面低温开裂，给出需要重点控制的施工指标。
国内外沥青路面施工规范给出了沥青路面的施工控制指标，但却没有明确施工指标与沥青路面低温开裂的关系。这可能会导致施工控制的盲点，不利于保证沥青路面的低温抗裂性。因此，有必要对影响低温裂缝沥青路面施工的因素进行分析。
2.沥青混合料低温开裂机理
沥青面层对温度的敏感性很强，当温度下降的时候，沥青面层会发生收缩变形[10]。当累计的拉应力超过沥青路面的极限抗拉强度时，路面就会出现裂缝[11]。
沥青混凝土作为一种柔性材料，具有良好的应力松弛性能[12,13]。但是，沥青混凝土的应力松弛性能会随着温度的降低、混合料的松弛模量增大而呈现降低的趋势。随着温度应力的不断累积，混凝土内部产生的应力超过混合料极限抗拉强度时，路面就会开裂。另外，当路面结构经受升温与降温循环作用时，即使温度应力未达到极限抗拉强度，路面也可能会出现裂缝，即温度疲劳裂缝[14]。反射裂缝是一种自下而上，从路面结构内部扩展至路表的裂缝[15]。其原因是由于沥青混凝土面层的底部应力积累太大，超过了材料本身的抗拉强度，为释放应力而出现裂缝。
3.沥青路面施工控制指标选取
（1）油石比
油石比是指沥青混凝土中沥青和集料质量的百分比，是混合料配比设计的重要一环。沥青含量可以影响混合料的劲度模量，从而可以影响沥青混合料的低温抗裂性。
（2）空隙率
空隙率对沥青混合料强度的影响，往往与混合料各组成材料比例以及材料的种类有关，并且与混合料结构类型也密切相关。当沥青层空隙率较大时，结构内部损伤就增多，从而沥青路面的抗低温开裂的性能会下降。但沥青混合料空隙率的设计还需要考虑其他路面性能。
（3）平整度
平整度是沥青路面评定的一个重要技术指标。路面平整度最直观的表示是行车舒适性，还会影响开车的安全性。另外，平整度还会影响行驶的汽车与路面之间冲击强度的大小，因此还与路面的使用寿命有关。
（4）施工温度
沥青混凝土路面的施工温度对于路面施工质量有着重要影响。如果沥青与集料温度不高或者温度变化幅度太大，混合料就很难拌和均匀。如果摊铺温度与碾压温度达不到要求，那么碾压工作也就难以达到预期的效果，会影响压实度，施工质量将无法得到保证。
（5）矿料级配
沥青混合料的矿料级配与低温裂缝也有着密切关系。一般而言，如果矿料级配较粗，则混合料的空隙率较大，从而影响沥青混合料的低温抗裂性能。但是，级配的设计需要综合考虑多种路面性能。
4.层次分析法
4.1层次分析法计算步骤
（1）建立层次结构模型。通过对问题进行充分的了解并深入调查之后，对影响因素以及备选方案进行优选，决确定合适的因素与方案。然后按照目标进行分解，形成自上而下的若干层次。层次分析法一般分为三层，最上层是目标层，一般只有一个因素，即研究所要达到的目的；第二层一般是准则层或者指标层，可有多个因素，但不宜太多，往往选择放入影响选择的各个因素；第三层是方案层或对象层，与第二层一样，不宜放置太多因素，其放置的元素为备选方案。
（2）构造成对比较阵。通常从层次模型的第二层开始，属于（或影响）上层的同一层因素被用作配对比较方法和1-9的比较尺度来构建比较矩阵。逐一比较，直到最低水平。
（3）计算各项指标的权向量并对一致性进行检验。对于成对比较阵来说，在得出权向量之前，需要对一致性进行检验。而一致性检验需要利用各项一致性的指标、比率等，通过计算矩阵的最大特征根和相对应的特征向量而得出。在一致性检验通过为前提下，之前计算得出的特征向量就是要求的权向量。但如果一致性检验不合格的话，就代表之前构造的成对比较矩阵不合格，需要重新进行前两步。
（4）计算各项指标的组合权向量并对组合一致性进行检验。如果测试通过，可以根据组合向量表示的结果做出决定。
4.2层次分析法计算
（1）建立层次结构模型
通过发放调查表，收集专家意见，两两比较，从而确定成对比较矩阵中指标的重要性。
该方案目标层对于准则层的成对比较矩阵及权重与一致性检验结果如下表：
4.3指标权重的计算
B1、B2、B3、B4、B5的权重分别为[0.1827，0.1172，0.0498，0.0848，0.5655]，最大特征值为5.2827，此矩阵的一致性可以接受：CI=0.0707，CR=0.0631。
通过对比准则层对于目标层的权重可以得出B5>B1>B2>B4>B3，与此对应地，空隙率>油石比>矿料级配>施工温度>平整度。
5.结论
本研究通过分析沥青路面低温开裂的机理与原因,初步优选用于控制低温开裂的施工指标。然后采用层次分析法，评估优选的施工控制指标的重要程度，以获取满意的沥青路面抗低温开裂性能。根据研究结果，可以得到以下结论：
（1）通过分析沥青路面低温开裂机理及成因，施工质量控制是需要重点考虑的因素。进一步地，相较于路面设计以及运营阶段，施工因素方面的控制是易于加强的。
（2）影响沥青路面低温开裂的因素很多，通过分析，本研究优选5个施工控制指标：油石比、矿料级配、平整度、施工温度和空隙率。
（3）层次分析法结果表明，针对沥青路面抗低温开裂性能，更因素影响程度由强到弱依次为空隙率、油石比、矿料级配、施工温度和平整度。
（4）对于沥青路面抗低温开裂性能，在沥青面层施工过程中，应重点监控空隙率和油石比等指标，以获得满意的施工质量。
参考文献：
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论文作者:赵瑜隆 崔峰2, 石祥玉2,,梁文远1
论文发表刊物:《城镇建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/8/30
标签：沥青论文; 低温论文; 沥青路面论文; 路面论文; 温度论文; 指标论文; 性能论文; 《城镇建设》2019年第13期论文;