福建省半剛性基層瀝青路面破損及處治淺析

■黃育妙

（福建路橋建設有限公司，福州　350001）

福建省半剛性基層瀝青路面破損及處治淺析

■黃育妙

（福建路橋建設有限公司，福州350001）

半剛性基層瀝青路面是早期福建省最常見的高速公路路面結構型式，該結構易導致由路基引發的反射型路面早期破壞。本文以福建省某高速公路為例，根據不同的病害類型及路面幾何線形特征選取代表性的點位，通過挖坑探槽直觀地觀察瀝青路面內部破壞情況，并進行規律性總結和破壞機理分析，最后提出針對不同病害的處治辦法。

半剛性基層挖坑探槽病害機理病害處治

1　概述

福建省某高速路面位于東南沿海，潮濕多雨，建成通車多年。路面結構層從上至下依次為 4cmAK-16A、5cmAC-20Ⅰ、6cmAC-25Ⅱ、30cm5%的水泥穩定碎石、22cm3%的水泥穩定碎石。經過多年的運營，路面損害嚴重，由基層引起的反射型病害眾多。通過對病害處的挖坑探槽分析瀝青路面病害的產生及發展，對病害表現和機理進行總結分析，為后續路面大修或改擴建工作提供科學依據。

2　挖坑探槽

根據路面檢測結果和不同的病害類型及路面幾何線形特征，有代表性在該高速公路沿線主車道選取了10個點，進行取芯與挖坑探槽，找到病害的深層原因，并進行對照、統計。選取點的病害類型有橫裂、縱裂、龜裂、沉陷、坑槽等，在平路、上下坡段都取了相應的點。下面主要介紹挖坑探槽路面的病害情況。

大部分路段瀝青混凝土表現為瀝青膜剝離、石料裸露并伴有泥漿、混合料內部潮濕松散；再往下，半剛性基層呈不同形狀開裂，并可見爛泥，如圖1。這種路段在雨天的時候，即可看見泥漿通過裂縫向上涌，整個路面沿裂縫邊泛黃，雨停路表干燥時，表面裹著一層泥灰，既破壞了路面質量，又影響了路面美觀。

10個病害點挖坑探槽的表面、內部病害特征如表1所示。?

表1　　挖坑探槽結果

10個點挖坑探槽的結果反映了一些典型的特征：

⑴具有裂縫的位置水穩基層均有不同程度的開裂，有的甚至四分五裂、板體松散脫空，可以看到潮濕的唧泥；

⑵內部瀝青混合料潮濕松散，瀝青無粘性；

⑶粗集料瀝青膜基本脫落，石料裸露。

由此可判斷，半剛性基層瀝青路面的破壞主要是由于半剛性基層的開裂，由此引發反射裂縫及水損害引起的。其次，瀝青的老化致使粘結性能的衰退亦是一重要因素。

同時還發現在上下坡路段，內部瀝青混合料不如一般路段潮濕，面層病害并不特別嚴重的地方基層病害卻出乎意料的嚴重，該現象表明此處基層病害對路面病害的反射程度較輕。

3　病害機理分析

3.1裂縫

半剛性基層的反射裂縫一般有溫縮和干縮裂縫兩種。半剛性基層材料屬于水硬性材料，竣工后，其強度和剛度隨著齡期的增長而不斷增大。水泥穩定碎石基層對溫濕度敏感，極易導致在鋪筑面層前就產生溫縮和干縮裂縫，由于下臥層和該層的摩阻作用抑制其收縮，從而在該層內部產生拉應力，當此應力超過其抗拉強度時，即發生斷裂。當半剛性基層開裂后，在瀝青面層和半剛性基層間的裂縫處形成一個薄弱點，因荷載和溫度應力的共同作用，在該點瀝青面層底部產生應力集中，極易引起開裂，并逐漸擴展到路表。

另外，在軟基或者填方路基地段，由于處理不當或壓實不足等原因，發生土基下陷導致水穩基層塌落斷板開裂，引起面層的反射裂縫。反射裂縫一般為橫向裂縫，其間距取決于氣候條件、瀝青面層厚度、路面結構層材料的抗裂性能等。當日夜溫差大、面層較薄、路面基層面層材料抗裂不佳時，裂縫間距小；反之，裂縫間距較大。

反射裂縫一經出現，水分便趁機進入基層頂面，在車輪動載的反復作用下產生動水壓力不斷沖刷基層，引起基層細料的流失，面層瀝青膜的剝離，表現為唧漿。久而久之，裂縫越來越大，細料及瀝青流失越來越多，在龜裂處，由于細料的逐步散失，路面發生輕度的沉陷，在離析處，因瀝青的老化和脫落，集料特別松散，容易形成坑槽。在上下坡路段，水穩層對面層的反射病害不如一般路面，這是由于這些坡段排水性能良好，水不會停留在基層表面對路面內部造成反復沖刷。但同時水會滲入底基層，濕軟底基層和土基，使整個路面承載力下降，甚至發生沉陷，大大降低半剛性基層瀝青路面的使用壽命。

3.2瀝青老化

瀝青屬高分子材料，內部主要含四組分，飽和分、芳香分、膠質、瀝青質［2］，在光和熱的催化氧化下，發生長期老化，飽和分、芳香分減少，瀝青質漸漸增多，瀝青變硬變脆，彈性增強［3］，粘結力大大降低。1984年Peterson將瀝青老化的原因歸納為三條，分別是：①通過揮發和吸收使瀝青油分減少；②與空氣中氧反應，使瀝青組分發生變化；③瀝青分子結構產生觸變位阻導致硬化［4］。無論是哪種原因，無非都是從根本上促使瀝青組分由輕質向重質的轉變，由小分子向大分子的轉變。當瀝青混合料遇到水時，由于石料的親水性強于親油性，瀝青膜發生剝離，隨著時間的推移，瀝青老化程度的加深，這種剝離越來越容易，剝離面積越來越大，直至剝落殆盡。在有動力水的作用下，瀝青膜的剝落更快，尤其是石料的棱角處，瀝青膜本身較薄，在動水力沖擊下首先發生破裂剝落。

3.3本路段瀝青路面病害發展過程

本段高速公路瀝青路面位于多雨區，屬半剛性基層結構，面層為半開式瀝青混凝土結構。反射裂縫數量較多，雨水經常滲入，加之該段車流量較大，重載車多，加速了動水對瀝青路面的破壞，加快病害的發展。同時，中下面層均僅采用重交瀝青，面層空隙大，加速了瀝青的老化，通車十多年瀝青老化嚴重，粘性散失，造成瀝青混凝土內部松散。本路段的半剛性基層瀝青路面反射型病害發展過程如圖2所示。

4　病害處治辦法

根據以上分析，針對本工程的病害主要采用如下處治方式：

4.1灌縫法

在本路段一些經過大中修的路段，瀝青老化程度尚輕，路面的輕度裂縫往往在高溫季節能夠自愈合，可采用灌縫法處治。本工程相應施工段落采用了開槽灌縫的修補工藝，采用了壓力灌縫機和改性高分子聚合物瀝青灌縫材料。該種材料具有良好的彈性、流動性和粘結力，不受季節和氣候的影響，而且可以迅速開放交通。

開槽槽口尺寸至少為寬1cm，深1.3cm，深寬比不超過2：1。主要流程為：首先對裂縫進行開槽處理，槽口要求精確和規則，盡量避免槽口周邊材料的輕度剝落；使用空壓機清理開槽后的裂縫，將切割后的碎屑和裂縫中的雜物清理干凈，確保槽口干凈且無殘留水分；然后進行熱施工，在路面溫度不低于40℃時進行灌縫，將密封膠預熱30min以上，加熱至工作溫度后由壓力灌縫機進行施工。施工結束后自然冷卻15min后即可通車。細小的裂縫，則應先用盤式銑刀進行擴縫，再做處理。

4.2微表處法

在輕微病害或路表被磨光的的路段，采用微表處進行處理。在鋪筑過程中，裂縫的水分不需要專門吹干。施工后，乳化瀝青滲入裂縫中，待其破乳水分蒸發，達到修補裂縫的目的，同時改善路表的抗滑性。微表處采用寧德某料場石料，325號水泥與某進口品牌改性乳化瀝青。礦料級配見表2，混合料配合比見表3。

表2　微表處礦料級配

表3　微表處混合料配合比

4.3罩面法

在病害嚴重且較為連續的路段采用重鋪瀝青混合料罩面的方法進行施工。瀝青路面抗滑表層銑刨后，對原瀝青路面存在反射裂縫等破損較為嚴重的部位一次性處理到5%的水泥穩定碎石基層或3%的水泥穩定碎石底基層，根據現場實際情況對路基土槽進行相應處理，處理結束達到要求的養生條件后，最后鋪筑一層新的抗滑表層，一般選用中粒式或者細粒式瀝青混合料作罩面，厚度在1.5～4cm。罩面前先在干凈的原路面噴灑粘層瀝青，而后鋪土工布或應力吸收材料，提高修補后的防裂效果。所采用的瀝青混合料石料選擇考慮到運距，采用就近原則，瀝青選用SBS改性瀝青，同時摻入3%-4%摻量的抗剝落劑。表4與表5即為典型的AC-16C瀝青混合料目標配合比級配及其性能。

表4　礦料設計級配與最佳瀝青用量

表5　瀝青混合料體積特性

對于重度裂縫，如塊裂、龜裂等，該種裂縫處常伴有其它形式的損壞，如沉陷、邊緣損壞、錯臺等更易引發路面破壞的病害。應該挖除四分五裂的瀝青面層，按重新加鋪處理，相應地對損壞基層應先進行處治，做好路基路面的防排水。

5　結論

通過以上分析，結合本工程實際，可得出以下結論：

（1）在多雨的情況下，經過十年的使用，半開式瀝青混凝土內部的重交瀝青老化嚴重，粘性基本散失，粗顆粒集料裸露，混合料極其松散；本工程中，半剛性基層引發的反射裂縫是瀝青路面最主要的破壞根源，雨水及車輪動載是路面破壞的催化劑；

（2）在排水良好的位置，如上下坡處，基層引發的反射類病害不如一般路段嚴重；

（3）半剛性基層內部的破壞程度及其所引起并反射到瀝青路面的裂縫和唧漿情況存在相對的必然性和可溯源性。

（4）本路段病害處治辦法主要有灌縫處理、微表處處理與罩面處理等，結合病害類型和程度分路段進行施工。經過病害處治后，路面使用性能有較大幅度的提升，路面狀況良好。

［1］楊濤.半剛性基層瀝青路面反射裂縫的產生機理及其防治措施.武漢理工大學碩士論文，2005.

［2］魏榮梅.道路瀝青的老化與再生研究.武漢理工大學碩士論文，2006.

［3］田小革，鄭健龍，等.老化對瀝青結合料粘彈性的影響.交通運輸工程學報，2004，4（1）：3-6.

［4］張登良.瀝青路面工程手冊.北京：人民交通出版社.2004.