提高瀝青路面耐久性的措施

李長林 畢林昌 張 濤

瀝青路面在自然因素和車輛荷載反復(fù)作用下,常出現(xiàn)車轍、裂縫(縱向裂縫、橫向裂縫)、路面老化、坑槽、沉陷等路面病害,如維修、養(yǎng)護(hù)不及時(shí),路面使用壽命很難達(dá)到設(shè)計(jì)年限。因而提出對瀝青路面耐久性的要求,耐久性確實(shí)是瀝青路面使用性能方面一個(gè)十分重要的綜合性指標(biāo),如何提高瀝青路面的耐久性、延長瀝青路面的使用壽命具有很好的研究意義。瀝青路面耐久性主要是指瀝青路面長壽命性和長期使用性能。提高瀝青路面的耐久性主要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料及配合比設(shè)計(jì)、施工過程三個(gè)方面進(jìn)行研究。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響因素

1)路面厚度:瀝青混凝土層越厚,溫度裂縫產(chǎn)生的可能性越小,將瀝青層厚度從10 cm增加到25 cm,當(dāng)所有其他變量相同時(shí),開裂率只有原來的1/2。2)瀝青混凝土和基層的層間接觸狀態(tài):面層與基層的接觸狀態(tài)越好,路面的結(jié)構(gòu)整體性越強(qiáng),路面的耐久性越好。3)路面排水和路基排水:地表徑流或地下水一旦進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi),會降低路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,嚴(yán)重影響路面結(jié)構(gòu)的耐久性。

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成的破壞類型

1)反射裂縫。半剛性路面的反射裂縫和對應(yīng)裂縫主要是非荷載型的,是由溫度引起的,在已經(jīng)開裂的老瀝青路面上加鋪瀝青面層后,原來的裂縫或接縫會在新鋪瀝青路面的相同位置產(chǎn)生,下層裂縫引起裂縫上方面層底部先開裂并逐漸向上發(fā)展直到表面。半剛性基層溫縮開裂、干縮開裂都可引起反射裂縫和對應(yīng)裂縫。2)半剛性基層開裂引起的各種病害。半剛性基層開裂后,水就能夠很容易進(jìn)入基層,水分的進(jìn)入使得基層體積增大,進(jìn)而造成路面的鼓包;水在進(jìn)入基層后,冬季凍脹,春季熔融造成唧泥,破壞基層結(jié)構(gòu),進(jìn)而對路面造成坑槽、松散、剝落等損害。

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的改善措施

改進(jìn)結(jié)構(gòu)組合,將半剛性路面的組合方式變成復(fù)合式路面的組合方式,在半剛性基層和柔性瀝青路面之間增加一個(gè)級配碎石或者瀝青穩(wěn)定碎石過渡層,用這層來吸收半剛性基層開裂引起的拉應(yīng)力,減少基層開裂對面層的影響。

改善路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水設(shè)施和路面排水,采用透水層排水,也可以通過集水溝、出水管,利用過濾織物和透水性填料形成內(nèi)部排水體系,使停滯的自由水盡快排出各結(jié)構(gòu)層,減少結(jié)構(gòu)層的損壞。加強(qiáng)路面排水設(shè)施的維修養(yǎng)護(hù),保持良好的排水功能,減少路面病害,延長路面使用壽命。

及時(shí)養(yǎng)護(hù),當(dāng)發(fā)現(xiàn)路面發(fā)生開裂、坑槽等病害時(shí),要及時(shí)地進(jìn)行養(yǎng)護(hù),裂縫修補(bǔ)、稀漿封層等都可以很好的提高路面的使用性能和耐久性。

2 材料及組成設(shè)計(jì)的影響

2.1 材料及組成設(shè)計(jì)的影響因素

1)瀝青質(zhì)量。瀝青質(zhì)量直接影響著瀝青路面的路用性能。近年來道路交通量劇增,一般瀝青材料的品質(zhì)已不能滿足更重交通的瀝青路面結(jié)構(gòu)的需要,從大量路面結(jié)構(gòu)損壞原因的調(diào)查分析來看,路用瀝青品質(zhì)不良是其主要原因之一。由于國內(nèi)石油品質(zhì)及瀝青煉制工藝流程的特點(diǎn),國產(chǎn)瀝青含蠟量高,瀝青粘度低,勁度低,抗車轍能力弱,溫度敏感性高,使用這種瀝青往往路面表層結(jié)構(gòu)在遠(yuǎn)小于其使用壽命的年限內(nèi)便出現(xiàn)損壞。

2)集料質(zhì)量。集料質(zhì)量差是目前公路建設(shè)中特別突出的問題,主要表現(xiàn)是材料臟、粉塵多、針片狀顆粒含量高、集料性能不穩(wěn)定等,經(jīng)常不能達(dá)到規(guī)范要求,導(dǎo)致實(shí)際級配與配合比設(shè)計(jì)有很大的差距,在使用過程中出現(xiàn)了很多的早期病害。集料性能以及礦料級配是瀝青混凝土的物理—力學(xué)性質(zhì)的最關(guān)鍵影響因素。

3)混合料配合比。瀝青用量:瀝青用量在最佳范圍內(nèi)變化不會對混合料的低溫開裂性能有很大影響,增大瀝青用量增大了溫縮系數(shù),但同時(shí)降低了勁度;瀝青用量對高溫穩(wěn)定性有明顯影響。

空隙率:空隙率對結(jié)構(gòu)水穩(wěn)定性和抗老化能力影響較大,空隙率越大,路面結(jié)構(gòu)的水穩(wěn)定性和抗老化能力降低。

集料的級配:集料類型和質(zhì)量以及礦料級配對瀝青混凝土的物理—力學(xué)性質(zhì)有重要影響。集料的級配影響混合料的空隙率、密實(shí)度和路面整體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

2.2 因材料和組成設(shè)計(jì)不合理造成的破壞類型

1)車轍。車轍是瀝青路面結(jié)構(gòu)的一個(gè)主要病害,導(dǎo)致瀝青路面車轍形成的因素很多,產(chǎn)生車轍的主要原因是瀝青混合料的強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性能不能滿足大交通量、重軸載交通流在高溫氣候條件下的反復(fù)作用,究其原因主要是配合比設(shè)計(jì)中沒有形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu),集料的級配和粗細(xì)集料的比例沒有形成結(jié)實(shí)的骨架結(jié)構(gòu)。車轍是高速公路的主要病害,造成道路使用性能降低,是路面維修的最主要原因。2)泛油。配合比設(shè)計(jì)瀝青用量過大,在夏季高溫太陽直射和行車荷載的揉搓作用下,會使得瀝青膠結(jié)料匯聚上浮,最終形成泛油,極大地影響了行車安全性和路面的耐久性。3)松散剝落。松散剝落一般和瀝青的性質(zhì)有關(guān),瀝青的含量低,粘度低,瀝青混凝土在水的侵蝕作用下,很容易造成松散剝落,進(jìn)而形成坑槽,降低了路面的耐久性。

2.3 材料及組成設(shè)計(jì)的改進(jìn)措施

1)瀝青。瀝青與集料的粘附性和抗剝離性是防止路面剝離的基本條件。所以選用的瀝青應(yīng)具有較好的粘附性和抗老化性。采用改性瀝青是改善瀝青混合料水穩(wěn)性非常有效的途徑。眾多室內(nèi)試驗(yàn)和配合比試驗(yàn)表明,采用普通瀝青粘附性不符合要求時(shí),采用改性瀝青一般都能夠滿足要求,而且通常不需要添加抗剝落劑和摻加消石灰,與各種集料的粘附性基本上都能達(dá)到4級以上。另外,采用改性瀝青可以提高瀝青混凝土路面的抗車轍能力。2)集料。粗集料盡量采用粒徑較大、接近立方形、有尖銳棱角和粗糙表面的碎石且碎石含量較多的礦料,以加大瀝青混合料的內(nèi)摩阻力,增強(qiáng)礦料顆粒間的嵌擠作用,阻止顆粒間的相互移動,從而提高瀝青混合料的抗變形能力。3)礦粉。適量的礦粉可以提高瀝青混凝土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性,礦粉的用量對瀝青混凝土的性質(zhì)影響很大,一定量的礦粉可減少起潤滑作用的游離瀝青、減小瀝青膜的厚度、調(diào)整礦料的級配,尤其是滿足0.075 mm篩孔的良好級配,可改善瀝青混凝土抗剝落能力;礦粉過多會造成瀝青混凝土脆性增加,降低了混凝土的韌性,降低瀝青混合料的低溫性能,控制合理的礦粉含量可以很顯著的提高瀝青路面的耐久性。4)配合比設(shè)計(jì)。a.采用合理的礦料級配。瀝青混凝土的耐久性(抗水損害、高溫穩(wěn)定性)設(shè)計(jì)要求混合料的空隙率適宜,泌水性強(qiáng)。若瀝青混凝土空隙率過小會產(chǎn)生車轍和推擠,過高會讓水和空氣進(jìn)入路面,產(chǎn)生水損害、剝落和內(nèi)部松散。因此,在瀝青路面配合比設(shè)計(jì)時(shí),既要保證瀝青路面密實(shí)性,又要保證瀝青路面的高溫穩(wěn)定性,尤其在瀝青表面層設(shè)計(jì)時(shí)對泌水性和高溫穩(wěn)定性要求更高。b.嚴(yán)格控制設(shè)計(jì)空隙率。瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)中,空隙率是影響瀝青路面水損壞的主要因素。大量資料證明,當(dāng)空隙率大于8%時(shí),滲水嚴(yán)重;當(dāng)空隙率小于5%時(shí),瀝青老化很輕微,而空隙率大于7%后,瀝青老化則急劇增大。如設(shè)計(jì)空隙率太小,在高溫時(shí)會由于瀝青膨脹而造成泛油或車轍,因此,合理的選取設(shè)計(jì)空隙率是至關(guān)重要的。

3 施工質(zhì)量的影響

3.1 施工質(zhì)量中的主要影響因素和常見病害

1)拌和。拌和過程中,集料的加熱時(shí)間短造成的集料溫度低、瀝青的加熱溫度低或者過高、拌合時(shí)間過短等都會影響到瀝青混合料的性能。集料加熱溫度過低、拌合時(shí)間過短、瀝青加熱溫度過低等會造成“花白料”,降低混凝土強(qiáng)度、穩(wěn)定性,施工后易造成松散、剝落等病害。拌合溫度過高會造成瀝青老化,混合料強(qiáng)度降低。2)攤鋪碾壓。攤鋪碾壓溫度過低,會造成面層層間結(jié)合能力差、路面壓實(shí)困難、壓實(shí)度低、攤鋪不均勻、結(jié)合料成團(tuán)等病害。嚴(yán)重影響了路面的使用性能和耐久性。攤鋪碾壓溫度過高會造成瀝青析漏、混合料離析、混合料壓實(shí)困難等,嚴(yán)重影響通車后瀝青路面的耐久性。

3.2 施工過程中的改進(jìn)措施

1)溫度控制。拌和運(yùn)輸、攤鋪碾壓過程中 都要加強(qiáng)溫度控制,對于溫度過高、過低的混合料都應(yīng)做廢料處理,拌合時(shí)間要嚴(yán)格控制,在攤鋪和碾壓過程中要全程控制瀝青混合料的溫度。

2)攤鋪碾壓過程中注意事項(xiàng)。攤鋪中應(yīng)密切注意攤鋪動向,對橫斷面不符合要求、構(gòu)造物接頭部位缺料、攤鋪帶邊緣局部缺料、表面明顯不平整、局部混合料明顯離析、攤鋪后有明顯的拖痕等,應(yīng)及時(shí)人工局部找補(bǔ)或更換混合料。

4 結(jié)語

路面是個(gè)整體結(jié)構(gòu),影響路面的耐久性有很多因素,有內(nèi)在的路面材料因素,也有外在的施工過程中的人為因素。良好設(shè)計(jì)、精心施工、細(xì)心養(yǎng)護(hù)是保持路面耐久性的前提。

[1] 沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2] 張登良.瀝青混凝土路面[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] 吳燦華.瀝青路面早期破壞成因淺探[J].山西建筑,2008,34(1):300-301.