1、公路沥青路面病害成因浅析及对策一、概述 近年来，为适应社会经济发展的需要，公路在我国发展迅速。沥青路面因为具有施工时间短、行车舒适、适应性强、养护维修方便等优点而被广泛采用。但由于沥青混凝土材质本身的差异, 以及受设计和施工水平的影响, 沥青路面常常出现开裂、泛油、松散、坑槽等病害。这些病害的出现严重影响了行车速度、行车安全,加大了汽车磨损, 缩短了沥青路面使用寿命。 二、沥青的主要病害现象及产生原因 1、沥青路面的裂缝及原因 （1）沥青路面建成后，都会产生各种形式的裂缝。初期产生的裂缝对沥青路面的使用性能基本上没有影响，但随着表面雨水的侵入，导致路面强度下降，在大量行车荷载作用下，使沥青路面
2、产生结构性破坏。沥青路面裂缝的形式是多种多样的，裂缝从表现形式可分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种， （2）纵向裂缝的产生主要原因是由于地基和填土的不均匀性所造成的，特别是在旧路基拓宽地段，由于土质台阶处理不规范、分层填筑厚度及压实度控制不严。横向裂缝的产生的原因是由于温度应力的作用而产生的疲劳裂缝，这种温度裂缝往往起始于温度变化率最大的表面并很快向下延伸，并随着时间增长造成沥青老化，沥青面层的抗裂缝能力逐年降低，温度裂缝也随之增加。 2、沥青路面的车辙及原因 （1）车辙是路面结构层在行车重复荷载作用下的补充压实，以致结构层材料的侧向位移所产生的累积永久变形。影响沥青路面车辙深度的因素是沥青
3、路面结构、气候、交通量及交通组成等的外界因素。 （2）车辙产生的主要原因：沥青混合料油石比过大；表面磨损过度：雨水侵入沥青混凝土内部；由于基层含不稳定夹层而导致路面横向推挤形成波形车辙。 、 3、沥青路面的松散及原因 （1）松散是沥青路面常见病害。其症状为沥青混凝土中沥青与集料的粘结力作用逐渐下降并丧失，在车辆荷载作用下使沥青混凝土表面层呈松散状态，面层中的集料颗粒脱落，粗细集料散失起砂，路面磨损，路表粗麻，多处微坑，表层剥落，路面外观质量差，行车不适。如不及时治理，它会从路表面向下不断发展，以致形成坑槽 （2）松散的原因：由于沥青混合料中沥青偏少，油石比偏低，使得沥青与集料间粘结性差；因低气
4、温施工，压实度过小，造成沥青面层内部空隙率过大，在车辆的载荷作用下造成的沥青面层松散；集料颗粒被足够厚的粉尘包裹，使沥青膜粘结在粉尘上，而不是粘结在集料颗粒上，在表面的摩擦力作用下磨掉沥青膜，并使集料颗粒脱离，这种情况主要是由于集料含泥量超标所造成的；沥青混合料拌合时沥青温度过高，导致沥青老化，沥青膜剥落使沥青与集料的粘结力减弱而产生松散；基层强度松软而引起的面层龟裂松散；骨料选择有误，选择了酸性骨料与沥青粘附性差而造成的松散；水损害导致的松散，由于车轮动态载荷的作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低病逐渐丧失粘结力，沥青膜从集料表面脱落，沥青混合料出现掉粒、松散。 三、病害出
5、现总体原因分析 1、 沥青质量问题 由于近几年国家城市基础设施建设, 城市道路开工项目很多而建设资金又有限, 因此, 在道路结构层的厚度设计、材料的使用上本着经济适用的原则, 而对交通量的变化, 使用年限并没有重点研究。像高等级沥青路面, 省市采用的是上面层使用进口沥青, 而中面层、地面层则采用国产沥青, 就国产沥青而言能达到规范要求的厂家并不多, 而且数量十分有限, 不可能满足国内建设规模的需要。 2、 设计规范存在的问题 目前, 柔性路面国家设计规范仍然采用弯沉值控制, 路面设计以轴载 100kN 的双轮组单轴为标准轴载; 对沥青混凝土面层应采用容许回弹弯沉、弯拉应力和剪应力三项指标设计;
6、 在交通量小的支路上铺筑沥青时, 可仅用容许弯沉值设计; 对沥青碎石面层采用容许回弹弯沉和剪应力两项指标设计。设计年限内标准轴载累计数和折合成标准轴载累计数作为控制指标。 在路面设计中, 一方面交通车辆调查资料, 是为通行能力服务的, 没有考虑到超载的问题, 使得设计中得不到准确轴载, 造成设计年限内累计标准轴载出现与事实不相符的情况。这样, 对于一些道路而言, 从一开始就降低了累计标准轴的数量, 使得设计弯沉值偏大, 基层、低基层的拉应力偏小, 造成路面整体刚度不足, 导致路面提前破坏。 另外, 由于受经济利益的驱动, 载货车辆中, 80%有超载现象, 正是这部分超载车辆加速了路面的破损,
7、促使路面开裂、推拥, 甚至局部下陷。 3、气候的影响 3.1 低温裂缝 沥青材料在较高温度条件下具有良好的应力松弛性能, 温度升降产生的变形不至于产生过大的温度应力, 但当气温大幅度下降时, 沥青材料逐渐发硬并开始收缩。此时半刚性基层的底部将产生拉应力, 当拉应力沥青混合料的应力松弛赶不上温度应力增长, 混合料劲度急剧增大。由于沥青面层在路面中是受到约束的, 面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度, 沥青面层就会开裂, 产生裂缝。由于沥青路面宽度有限, 收缩路面结构的相互约束小, 所以低温裂缝主要是横向的。 3.2 温度疲劳裂缝 这种裂缝主要发生在日温差大的地区。由于温度反
8、复升降导致沥青面层温度应力疲劳, 使沥青混合料的极限拉伸应变(或劲度模量)变小, 加上沥青的老化使沥青劲度增高, 应力松弛性能降低, 最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。沥青路面具有高温软化特性, 尽管设计及施工中尽可能降低油石比, 最大限度地利用骨料级配增大高温稳定性, 但在车辆长期作用下仍要产生车辙。泛油一般出现在高温天气, 由于气温升高而导致沥青软化点的不适应。 4、沥青混凝土配合比设计存在的问题 沥青混凝土配合比设计按规范要求应经过四个阶段, 即目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段、验证阶段和试拌试铺阶段, 各阶段对要达到的目的都有明确的要求, 在施工时, 有的单位压缩三个阶段, 有
9、的干脆凭经验进行施工。因此, 从理论和实践来讲存在较大的偏差, 从而导致沥青混凝土内在质量存在先天不足。另一方面, 由于现状所致, 政绩工程工期较短, 加上低价中标, 碎石料场不规范, 大多地材都由个体企业承担, 料场分散, 设备落后, 材料的均质性、稳定性均有较大的差别。虽然大部分单位在开工前都作了筛分分析符合要求, 在施工过程中也检测并予以调整配合比, 但由于差异性大, 不可能做到十分准确, 导致路面出现一些常见病害。 5、沥青混凝土拌合温度的控制 石油沥青拌合出场温度要求在 120165, 而实际上有些施工单位由于设备和人员素质等原因, 在拌合温度控制方面时高时低很不稳定。温度过高可能导
10、致沥青变质, 没有黏性使沥青混凝土松散; 温度过低, 沥青混和料拌合不匀, 影响级配, 这些也是导致沥青路面有时局部松散或其他病害的原因。在沥青混合料拌制完成后, 从拌合厂向摊铺现场运输的过程中, 空气与混合料之间的温差一般大于 120。加上因速度形成的相对风速较高, 会导致混合料温度在到达现场前有较大的下降。降温幅度由表及里逐渐减少, 最严重的降温区发生在料堆表面和马槽的接触面。降温严重程度取决于运输时间、摊铺速度、气温、保温措施等因素。6、沥青混凝土的摊铺 现在摊铺设备断面加宽, 沥青混合料从中间通过胶轮输送到两侧, 由于距离大, 必然产生离析, 这种离析改变了沥青混凝土生产配合比; 其次
11、, 由于烫平板从机心向两侧悬臂较长, 随着摊铺次数的增加, 产生变形, 对路面横坡的控制也有较大影响。另外, 在混合料从运输车向摊铺机喂料斗卸料到刮料板输料的过程中, 接触面表层料, 特别是两侧车厢接触面的表层料, 在每车料中最后被刮料板送到螺旋布料器, 即每一车料降温幅度最大的表层“冷”料是集中被铺出的, 表面料降温幅度较大、在正常的碾压过程中压实度难以达到要求, 是路面发生松散、坑槽和渗水破坏的原因。 7、平行交叉作业对路面质量的影响 城市道路施工过程中涉及的单位较多, 如: 自来水、雨污水、供热、煤气、电信、电力、有线电缆、道路照明等地下管线。由于平行交叉作业, 加上工期较紧, 对路面质
12、量产生影响, 如在土基碾压成型以后, 管线单位又挖沟下管, 管线单位对回填土的压实质量普遍不重视, 因此, 造成局部不均匀沉降; 又如沥青砼摊铺底面层、中面层时, 道路照明施工单位要进行灯杆和电缆的铺设, 而且不能封闭交通, 导致路面污染严重, 从而使路面层与层之间的黏结受到影响, 特别是当沥青面层较薄时, 在车辆高速行驶荷载作用下, 沥青路面产生脱落、推拥、扭曲裂缝等现象。 针对沥青路面病害的防治对策 1、 严格控制沥青混合料的质量 1.1 沥青的选取。 选用具有良好的高低温性能、抗老化性能、含蜡量低、高粘度的优质国产或进口沥青。在条件许可的情况下, 可在沥青中掺加各种类型的改性剂, 以提高
13、基性能指标。 1.2 集料的选用。 骨料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性能好的集料, 应符合附录 C 的要求。如果骨料呈酸性则应添加一定数量的抗剥落剂或石灰粉, 确保混合料的抗剥落性能, 同时应尽量降低骨料的含水量。 1.3 混合料级配的确定。 沥青混合料的高温稳定性和疲劳性能、低温抗裂性, 路面表面特性和耐久性是两对矛盾, 相互制约, 照顾了某一方面性能, 可能会降低另一方面性能。混合料配合比设计, 实际上是在各种路用性能之间搞平衡或最优化设计, 根据当地的气候条件和交通情况做具体分析, 尽量互相兼顾。当然为提高沥青路面使用性能还可以考虑以下两个途径: 第一是改善
14、矿料级配, 采用沥青玛蹄脂碎石混合料( SMA) 。第二是改善沥青结合料, 采用改性沥青。 2、严格控制施工质量 施工质量控制不严, 早期破损必然出现。所以沥青路面施工必须按全面质量管理的要求, 建立健全有效的质量保证体系, 实行目标管理、工序管理, 明确责任, 对施工全过程, 每道工序的质量要进行严格的检查、控制、评定, 以保证其达到质量标准, 具体要抓好以下几方面: 2.1 严格控制沥青混合料的拌和质量。 拌合过程中发现“糊料”或“离析”等异常情况应立即进行处理; 加大马歇尔试验频率, 严格控制沥青混合料的油石比、稳定度、流值等指标, 必要时对混合料进行特殊配合比设计。 2.2 保证基层顶
15、面粗糙度。 改善基层材料级配, 增加粗骨料, 提高大中粒径集料含量; 控制最佳含水量, 改进碾压方法, 避免过振过湿, 不能使基层顶面形成灰浆硬壳, 不能用细料进行压实后找平。对细粒土类的半刚性基层, 必要时可以采用顶面栽钉等办法加强基层顶面粗糙度。 2.3 合理洒布透层油、粘层油。在进行各层铺筑前, 必须保持顶面清洁。根据近年来的施工经验, 对于水泥稳定类半刚性基层, 透层油应以慢裂型乳化沥青为宜。用沥青洒布车喷洒时, 应保持稳定的车速和喷洒量, 不能流淌和形成油膜, 更不能有空白, 并立即撒布 2 立方米/1000 平方米的石屑或粗砂, 用 6T 钢筒式压路机稳压一遍, 将多余的浮料扫走。
16、对旧沥青路面罩面, 必须洒布粘层油粘层油应有较好的粘附性, 脚踏有明显的粘附感, 整个面层取芯后不易分离。对于干线公路可以设置 I 型稀浆封层作为粘结层, 实现层间结合与防水的双重作用且不需要封闭交通。 2.4 提高面层摊铺质量。 在摊铺混合料时, 运距不能过远, 摊铺温度应控制在 130- 150为宜, 摊铺厚度均匀, 压实设备数量应配套, 速度控制在 2m/min 左右, 碾压遍数不能太少, 以免混合料孔隙过大; 一般不能进行补料, 尤其是下面层; 基层雨后潮湿未干, 不得摊铺, 更不得冒雨摊铺; 纵向、横向接缝应紧密、平顺, 各幅之间重叠的混合料应用人工铲走。 总 结： 综上探讨可以看出来，沥青路面的常见病害处治是个不容忽视的问题，在路面施工技术日新月异的今天，诸多种新方法、新工艺被应用到施工中，大大的延长了沥青路面的使用年限，保证了车辆安全、舒适、经济地运行，公路路面一旦出现病害，维修起来不但费时费力，而且严重的影响了公路的正常使用，所以对公路路面的各种病害应该以预防为主。有效预防各种病害的发生，必须深入的研究各种病害的机理、预防措施和处治方法，从而在设计上、施工和管理养护等环节中尽可能为消除病害隐患提供理论支持，但是寻找合理的筑路材料、工艺和施工方法才是我们新一代筑路人坚持不懈的努力方向！这样，才能建设一条安全之路、生态之路、人文之路。
