瀝青路面病害的成因與防治技術(shù)分析

彭 鋒

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610000)

0 引言

經(jīng)濟高速發(fā)展進程中，各個行業(yè)對交通運輸效率要求增高，對此，公路建設(shè)質(zhì)量往往直接影響運輸效率及經(jīng)濟發(fā)展。現(xiàn)階段，我國公路主要以瀝青路面為主，瀝青路面具有表面平整、無縫隙、施工周期短及養(yǎng)護便利的優(yōu)勢，但瀝青材料在鋪設(shè)后容易受到溫度影響，夏季時期容易發(fā)生軟化問題，冬季也容易發(fā)生脆裂問題。瀝青材料的耐水性不強，在鋪設(shè)后平整持久度一般，瀝青路面容易發(fā)生水損害及車轍問題，導(dǎo)致路面整體壽命縮短。為保證瀝青路面的施工質(zhì)量，使其經(jīng)久耐用，還需自源頭認識到路面的病害原因，自原料及設(shè)計等多方面進行思考，結(jié)合我國公路建設(shè)相關(guān)規(guī)范及標準，嚴格把控瀝青路面建設(shè)質(zhì)量關(guān)。

1 瀝青路面常見病害及成因

1.1 裂縫及成因

瀝青路面在施工結(jié)束后會發(fā)生不同類型的裂縫病害，裂縫發(fā)生后短時間不會對路面產(chǎn)生影響，隨著路面投入使用，水分及雜質(zhì)不斷進入裂縫，導(dǎo)致路面功能發(fā)生變化，最終影響結(jié)構(gòu)強度，降低路面承受能力，影響路面使用功能。市政公路中常見的裂縫包括橫縱裂縫。橫向裂縫一般是非荷載裂縫，發(fā)生原因是瀝青路面在溫度低的環(huán)境下發(fā)生收縮反應(yīng)或者基層反射。引發(fā)荷載性裂縫的原因是因為施工過程中，監(jiān)督及管理、設(shè)計存在問題，瀝青路面投入使用后一旦發(fā)生嚴重超載情況會導(dǎo)致瀝青路面受壓變形，路面超載容易導(dǎo)致路面拉應(yīng)力過大，達疲勞上限后引發(fā)裂縫[1]。

橫向裂縫在雨雪天氣下會受到嚴重影響，道路積水后橫向裂縫滲透到瀝青路面結(jié)構(gòu)，低溫環(huán)境下發(fā)生的裂縫問題尤為顯著。比如，瀝青路面裂縫位置呈現(xiàn)膨脹狀態(tài)，裂縫周圍土質(zhì)發(fā)生松動及粉化問題，導(dǎo)致瀝青材料性質(zhì)及密度發(fā)生變化，過段時間路面會呈現(xiàn)出拱起狀態(tài)。在雨雪天氣下，雪水自橫向裂縫進入碎石層、瀝青層，路面車輛在行駛過程中產(chǎn)生的壓力及摩擦力將水泥及瀝青微粒自材料中擠出，導(dǎo)致瀝青路面結(jié)構(gòu)密度降低，但此類問題在瀝青路面表現(xiàn)不明顯，橫向裂縫的形成與惡劣的天氣情況存在一定關(guān)系，容易發(fā)生嚴重的路面龜裂問題，部分瀝青路面發(fā)生開裂往往與坑槽及橫向裂縫相關(guān)。

發(fā)生縱向裂縫的原因主要有兩種，第一種是在道路施工過程中并未均勻?qū)β访鎵簩崳瑢?dǎo)致路面在沉陷后發(fā)生縱向裂縫，在攤鋪瀝青施工過程中，施工單位未按照標準接縫，通車后的路面在壓力作用下也會發(fā)生縱向裂縫。路基沉降均勻度是道路縱向裂縫引發(fā)的關(guān)鍵性因素，一般在道路半挖路基位置發(fā)生縱向裂縫。若施工單位沒有及時處理縱向裂縫，在雨雪天氣作用下部分路面裂縫會不斷延長及擴大，或者形成多道裂縫，嚴重情況下路面形成U 型破壞，最終影響車輛通行[2]。

1.2 車轍及成因

瀝青路面車轍的誘發(fā)因素分為內(nèi)因和外因，內(nèi)因是瀝青混合料及路面結(jié)構(gòu)設(shè)計，外因則是交通條件、氣候條件、施工質(zhì)量（見圖1）。本文主要介紹溫度和荷載這兩個主要因素。

圖1 車轍影響因素

（1）溫度因素：在炎熱的夏季，太陽輻射量較大，在溫度影響下瀝青路面形成溫度場，高溫因素影響下，瀝青路面結(jié)構(gòu)在反復(fù)碾壓過程中，瀝青混合料在溫度影響下發(fā)生黏性流動、穩(wěn)定性顯著降低，在變形反應(yīng)的作用下形成車轍。對此，還需在不同溫度下對瀝青路面車轍變化規(guī)律進行分析。

（2）荷載：我國經(jīng)濟處于高速發(fā)展過程中，公路交通運輸事業(yè)發(fā)展相對迅猛，交通運輸量增大的同時，超載現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。車輛重載情況下輪胎氣壓超標，高氣壓可減輕行車阻力。對此，車輛輪軸及輪胎氣壓變化導(dǎo)致輪胎接地壓力增加，隨著軸載及輪胎壓增加，車輛輪胎的接地面積增大。荷載對路面車轍永久性變形具有重要影響，在行車速度及軸載的影響下，接地壓力每增加0.1MPa，瀝青路面車轍率增加10%，對此，瀝青路面也會受到荷載因素影響，發(fā)生瀝青路面破壞問題。

1.3 水損害及成因

若路面積水沒有及時處理，道路表面會形成水膜，導(dǎo)致過往輪胎打滑，對車輛的運營安全產(chǎn)生影響。若車輛處于高速行駛狀態(tài)，車位會形成水霧，導(dǎo)致能見度降低，對駕駛員視線產(chǎn)生影響，很可能發(fā)生交通事故。路面常見的水損害類型是地面水下滲，下滲地面水無法順利排出，便會沉積在路面基層孔隙，導(dǎo)致滲入到混合料內(nèi)部，導(dǎo)致路面基層軟化，路面發(fā)生裂縫及變形等問題。瀝青路面發(fā)生水損害包括多方面原因。比如：（1）設(shè)計原因。鋪設(shè)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計組合過程中，并未對多方面因素進行思考，組合效果不合理，在厚度把握上存在偏差。部分設(shè)計人員經(jīng)驗不足，并未對路面進行考察，單純利用設(shè)計規(guī)范配置混凝土，并未滿足實際需求。路基排水系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)設(shè)計不完善，忽視路面積水問題，中央分隔帶排水功能并未引起重視，往往會忽視設(shè)計。（2）施工原因。瀝青路面涉及內(nèi)容豐富，包括選擇礦料質(zhì)量及瀝青混凝土在施工的配比、油使用量、碾壓路面溫度等，此類均需要嚴格控制，保證平整度的同時，關(guān)注密實度，如此將達到理想的施工效果。在實際施工過程中，施工單位為縮短施工周期，對排水設(shè)施關(guān)注度不高，一些排水設(shè)施如同虛設(shè)，無法將水有限排除，導(dǎo)致路面在投入使用一段時間后發(fā)生水損害。

2 瀝青路面病害的防治措施

2.1 瀝青路面裂縫防治措施

（1）選擇材料、增加層厚：瀝青路面面層應(yīng)當選擇模量大及溫度敏感性低的材料，選擇合理級配材料，提升面層抗裂性能。適當增加面層厚度也能避免荷載因素影響發(fā)生反射性裂縫，同時可降低車輛荷載誘發(fā)的剪應(yīng)力。自面層厚度及反射裂縫尖端應(yīng)力強度相關(guān)標準上看，面層厚度小，強度變化速率增加，一旦面層厚度超過20cm 應(yīng)力強度因子變化速率趨于平緩。對此，過度增加瀝青面層厚度不只作用有限，且經(jīng)濟性不足。

（2）組合半剛性材料：材料類型及級配、含水量等因素影響，縮減半剛性基層材料溫度，降低基層彈性模量可緩解瀝青路面反射性裂縫發(fā)生，對此，在保證瀝青路面承載力的同時，也要適當降低基層模量，選擇溫度系數(shù)小的材料，縮減車轍病害。在公路瀝青路面施工過程中，多選擇半剛性材料，這種材料建設(shè)路面含水量大、干縮變形大，對此，選擇半剛性基層材料過程中，還需合理控制粒徑，合理選擇干縮系數(shù)較大的半剛性材料[3]。

（3）加鋪土工合成材料：土體內(nèi)部及各個土層間鋪設(shè)土工合成材料后，有利于增強土體。對土工合成材料抑制路面裂縫作用過程中，在鋪設(shè)材料后，基層裂尖拉應(yīng)力在材料隔離反應(yīng)下無法直接將作用下傳輸?shù)降孛妗Ｍ凉じ駯欧旁诨鶎蛹懊鎸娱g，會將裂尖應(yīng)力自垂直方向轉(zhuǎn)變到水平方向，從而增強瀝青面層抗拉強度。土工合成材料延伸性能將裂縫尖拉應(yīng)力拓展廣泛區(qū)域，達到緩沖作用。土工合成材料孔隙被瀝青油封閉后，能阻斷路面基層水的滲透，從而達到保護瀝青路面的目的。

（4）面層及基層間增加柔性基層：半剛性基層具有強度高及板體性強優(yōu)勢，但半剛性基層經(jīng)常使用石灰及水泥、粉煤灰等材料保證穩(wěn)定性，此類材料對溫度及濕度較為敏感，不可避免地發(fā)生干縮及低收裂縫。半剛性基層設(shè)置柔性基層能改善半剛性基層的溫度情況，以免半剛性溫度層發(fā)生溫度及濕度變化，減輕瀝青路面收縮及干燥反應(yīng)。柔性層能防止反射裂縫拓展，主要是此類材料礦料粒徑大、瀝青含量低、孔隙大，能縮減抗拉應(yīng)力，吸收荷載力及溫度應(yīng)力，阻斷裂縫擴展。柔性材料大粒徑及多孔隙使路面塑性變形能力增強，吸收裂縫應(yīng)變性能，避免裂縫持續(xù)向上拓展。

2.2 瀝青路面車轍防治措施

瀝青混合料組成對瀝青路面車轍產(chǎn)生影響，對此，還需自材料角度采取對應(yīng)的車轍病害控制措施。集料作為瀝青混合料骨架部分，對瀝青路面車轍具有一定影響，選擇堅硬、耐磨、安定性能較好的瀝青能提升石灰?guī)r憎水性，進一步提升瀝青路面的抗車轍能力。瀝青混合料配比應(yīng)當經(jīng)過目標配合比設(shè)計及生產(chǎn)品配合比、攪拌配合試驗等各個方面，在生產(chǎn)過程中也要完善瀝青混合料各項指標[4]。大量的配比實驗中，間斷級配瀝青混凝土混合料連續(xù)密集配的抗車轍性能更為優(yōu)越，帶有骨架結(jié)構(gòu)的級配顆粒抗變形能力強且不會受到溫度變化影響，懸浮密實結(jié)構(gòu)抗車轍的能力整體較差，對此，可在交通路段選擇間斷級配骨架結(jié)構(gòu)。在公路建設(shè)過程中，使用的瀝青混合料粘度大則勁度模量高，抗車轍的能力強，對此，適當添加改性劑，有利于提升瀝青在高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性。比如，SBS 改性瀝青、橡膠瀝青，或者在瀝青中加入一定量的抗車轍劑及界面改性劑。此類改性劑瀝青質(zhì)地良好，具有較高的彈性模量及抗車轍能力。利用改性劑及抗車轍劑過程中并非是劑量越大性能越好，而是應(yīng)當根據(jù)材料整體配比進行調(diào)整。纖維瀝青混合料在摻入瀝青材料后，會增加摩擦阻力及黏度，使路面具有良好的韌性及強度，可提升耐高溫能力及抵抗裂縫能力，纖維穩(wěn)定劑分為有機纖維及無機纖維兩種。近幾年，優(yōu)良的抗車轍瀝青混合料SMA在路面施工中廣泛使用，這是一種由瀝青及纖維穩(wěn)定劑等組成的混合料，在抵抗車轍問題上性能優(yōu)良。

2.3 瀝青路面水損害防治措施

瀝青路面在前期設(shè)計階段，應(yīng)當做好排水系統(tǒng)設(shè)計，這也是水損害防治的基礎(chǔ)，施工過程中應(yīng)當關(guān)注施工操作，保證內(nèi)部緊密性及平整性，雨水在落下后能快速進入排水系統(tǒng)，相關(guān)養(yǎng)護工作是必不可少的方面，一旦瀝青路面出現(xiàn)積水還需及時處理。針對瀝青路面水損害問題還需自面層類型及設(shè)計結(jié)構(gòu)進行綜合分析，路面施工前應(yīng)當思考車流量情況及道路評級適當選擇層厚，一般情況下，可選擇三層瀝青混凝土，每層混凝土混合料配比應(yīng)當滿足標準，每個層次內(nèi)含有大量的瀝青碎石，還需對基層進行封閉處理。路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中需思考滲水性因素，對路面結(jié)構(gòu)中的縫隙及容易滲水的問題思考必要的排水結(jié)構(gòu)，保證路面排水的順暢性。路面基層可選擇石灰土、碎石等穩(wěn)定性良好的材料，提升路面強度改善返漿現(xiàn)象，針對路面常見的返漿位置進行處理，填充粉土及砂礫等物質(zhì)，保持路面穩(wěn)定性[5]。預(yù)防返漿也能利用隔離層方式以免外界雜質(zhì)進入，在實際操作過程中選擇瀝青土及優(yōu)質(zhì)塑料布制作隔離層。封閉及隔斷性良好，有利于防治水損害。隔離層在制作過程中，可選擇礫石材料，從而增強整個隔離層的防水能力，達到阻礙水分侵入的目的。土地施工過程中針對參與的爐渣及破碎的磚石等材料可制作隔溫層，保證道路結(jié)構(gòu)的整體耐溫能力及抗水損害能力。

3 結(jié)束語

瀝青道路在施工過程中常見各類病害，對此，預(yù)防病害對公路性能具有重要影響，我國相關(guān)單位需對公路混凝土病害進行分類，采取科學(xué)的手段防治病害，在施工過程中結(jié)合混凝土道路結(jié)構(gòu)特點，選擇高質(zhì)量的處理措施防治病害損害路面。對此，本文對瀝青路面常見病害類型進行分析，包括裂縫及車轍、水損害等病害類型，每種病害類型發(fā)生的原因不同，還需綜合性采取處理措施，保證瀝青路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。