高等級公路瀝青路面典型病害分析

黃 哲

(黑龍江省交通科學(xué)研究所)

1 瀝青路面損壞現(xiàn)象的分析

1．1 瀝青路面的車轍

(1)由于荷載作用，重力超過路面各層的強度，發(fā)生在瀝青面層以下包括路基在內(nèi)各結(jié)構(gòu)層的永久性變形，稱做結(jié)構(gòu)性車轍。這種車轍的寬度較大，兩側(cè)沒有隆起現(xiàn)象，橫斷面為v字形。

(2)瀝青混凝土的側(cè)向流動變形。在高溫條件下車輪碾壓的反復(fù)作用，荷載應(yīng)力超過瀝青混合料的穩(wěn)定度極限，使流動變形不斷累積形成車轍。稱做瀝青混合料的流動性車轍或失穩(wěn)性車轍。一方面是車輪作用部位下凹，另一方面車輪作用的兩側(cè)反而向上隆起，在彎道處還明顯向外推擠。

(3)由于瀝青面層本身的壓密造成的車轍。在某些高速公路過分追求平整度，在降溫后碾壓，造成壓實度不足，致使通車后的第一個高溫季節(jié)混合料繼續(xù)壓密，在車輛荷載的反復(fù)作用下，空隙率不斷減少，達到極限的殘余空隙率后才趨于穩(wěn)定，它一方面產(chǎn)生壓實變形，同時平整度迅速下降，甚至形成明顯的車轍。從這個角度出發(fā)，為了減少車轍，最重要的一點是施工過程中加強碾壓，保證壓實度，使空隙率控制在要求的范圍內(nèi)。

1．2 瀝青路面的開裂

(1)結(jié)構(gòu)層本身強度不足。由于結(jié)構(gòu)層本身強度不足不適應(yīng)日益增長的交通量及軸載作用而產(chǎn)生的開裂，最初一般表現(xiàn)為縱向開裂，然后發(fā)展成為網(wǎng)裂，這一類由荷載產(chǎn)生的裂縫在一些超載嚴重的高等級公路上較為常見。

(2)溫度疲勞裂縫。溫度反復(fù)升降導(dǎo)致溫度應(yīng)力疲勞使混合料的極限拉伸應(yīng)變(或勁度模量)變小，又加上瀝青的老化使瀝青勁度增高，應(yīng)力松弛性能降低，故可能在較一次性降溫開裂的溫度高的情況下開裂，同時裂縫是隨著路齡的增加而不斷加劇。

(3)反射性裂縫。此類裂縫為反射源為水泥、石灰類無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的半剛性基層的縮裂縫，這些裂縫在交通荷載的作用下，由下層逐漸反射到表面。

(4)一次性降溫造成的溫度收縮裂縫。瀝青在較高的溫度條件下，具有良好的應(yīng)力松弛性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過高的溫度應(yīng)力。但在冬季氣溫驟降時，瀝青混合料的應(yīng)力松馳趕不上溫度應(yīng)力的增長，同時勁度急劇增大，超過混合料的極限強度或極限拉伸應(yīng)變，便會產(chǎn)生開裂。

在我國，高等級公路的瀝青路面基本上都是半剛性基層，其中集料含量較多，而且瀝青層相對較厚，收縮性能得到了很大改善，采用了質(zhì)量較好的重交通石油瀝青后，橫向裂縫顯著減少。對黑龍江省竣工通車的幾條高速公路瀝青路面調(diào)查顯示，經(jīng)過一個冬季后，橫向裂縫間距一般在80～150m范圍內(nèi)，第二年春季調(diào)查發(fā)現(xiàn)沒有增加新的橫向裂縫。這些裂縫冬季最寬的近10mm，夏季完全閉合，這說明高等級公路瀝青路面的橫向裂縫大多源于瀝青面層的溫度收縮裂縫。

我國寒區(qū)高速公路瀝青路面尤為常見的破損主要是溫縮裂縫，針對瀝青面層低溫收縮開裂問題，國內(nèi)外進行了眾多的調(diào)查與研究，原因如下。

(1)瀝青混合料性質(zhì)是影響瀝青路面溫度開裂的最主要原因。

瀝青混合料的低溫勁度是決定是否開裂的最根本因素，瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的關(guān)鍵。在瀝青性質(zhì)指標中，影響更大的是溫度敏感性，感溫性大的瀝青容易開裂。改性瀝青的性能以改性后瀝青的感溫性的改善程度，即針入度指數(shù)PI的變化為關(guān)鍵性評價指標。瀝青針入度、低溫延度是影響開裂的重要指標。由于瀝青在老化過程中輕質(zhì)油份揮發(fā)、瀝青氧化分解、位阻硬化等，老化越嚴重，勁度越大，裂縫出現(xiàn)越早。瀝青中的蠟使應(yīng)變減小，脆性增加，溫度敏感性變大，橫向裂縫容易發(fā)生。

(2)瀝青混合料的組成對瀝青路面開裂的影響。

①一般認為在最佳瀝青用量OCA的10．5%范圍內(nèi)波動對開裂率無明顯影響。而且，瀝青用量增加使混合料應(yīng)力松馳性能提高的同時，也使收縮性能變大，二者互有抵消。

②基層的影響。半剛性基層比級配碎石、瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層熱容量小，與瀝青表面層的附著粘結(jié)性能差，尤其是本身收縮的附加影響，故橫向裂縫較多。基層與面層的附著性能差，將使面層有一定自由收縮變形的可能性，混合料的應(yīng)力松馳性能得不到充分發(fā)揮，溫度應(yīng)力無法傳遞到基層中去，在面層內(nèi)部積聚，容易產(chǎn)生裂縫。

1．3 瀝青路面的水損害

(1)在開始階段，水分侵入瀝青與集料的界面，以水膜或水氣形式存在，影響瀝青與集料的粘附性。(2)在反復(fù)荷載作用下，瀝青膜與集料開始剝離。(3)集料逐漸開始松散、掉粒。(4)最后形成坑槽。

目前預(yù)防水損害的關(guān)鍵主要通過兩個途徑來解決。

(1)防止或減少水分進入瀝青混合料內(nèi)部，使水不能侵入到瀝青與集料的結(jié)合面上去。(2)提高瀝青集料的粘附性，提高集料之間的粘結(jié)力。

1．4 瀝青路面的表面功能衰減

路面表面功能是指抗滑、噪音、車輪向兩側(cè)的濺水、車后拖帶的水霧。主要是指與交通安全有關(guān)的抗滑、濺水和水霧。

為了提高路面的抗滑能力，瀝青路面的抗滑面層要求有粗糙的表面，即較大的宏觀粗糙度及微觀粗糙度。宏觀粗糙度取決于構(gòu)造深度，微觀粗糙度取決于粗集料的耐磨光性能，從這兩個方面注意，即可有效防止路面表面功能衰減。

2 結(jié)語

減少病害的發(fā)生，延長路面使用年限，這是世界各國瀝青路面建設(shè)和管理單位共同面臨的一項難題。在我國，公路養(yǎng)護高峰期即將到來，我們必須從公路可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的高度，深入分析病害產(chǎn)生的原因，從建設(shè)和養(yǎng)護方面探索出行之有效的解決途徑。

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［1］李福普，沈金安．公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范實施手冊［M］．北京：人民交通出版社，2004．

［2］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．

［3］英國運輸科學(xué)研究院．瀝青路面道路質(zhì)量評估及養(yǎng)護指南［M］．北京：人民交通出版社，2001．