1、毕 业 设 计 （论 文） 用 纸 高速公路路面早期损坏的原因分析与防治对策 引言 1 1 沥青混凝土路面病害的种类及原因分析 1.1 沥青路面的主要破坏类型及其发生原因 1.1.1 裂缝 1.1.2 车辙 1.1.3 水害 1.1.4 老化 1.1.5 疲劳 1.1.6 松散、剥落和坑槽 1.2 原因分析 1.2.1 沥青混合料设计中的一些问题 1.2.2 路面设计原因 1.2.4 路面施工与养护管理方面的原因 1.2.5 路基方面的原因 1.2.6 外部作用 2 路面早期破坏预防 措施 2.1 原材料的选择 2.1.1 沥青 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸 2.1.2 粗
2、集料 2.1.3 细集料 2.1.4 填料 2.1.5 纤维 2.2 改良沥青混合料配合比结构设计 2.2.1 骨架密实结构设计理念 2.2.2 沥青胶结料含量选择 2.2.3 水敏感性 2.3 运营维护 2.4 路面设计 2.4.1 基本要求 2.4.2 选择面层混合料 2.4.3 矿料质量要求 2.4.4 采用新技术、新材料和新工艺 2.4.5 沥青路面的防排水设计 2.4.6 基层材料设计 2.5 施工过程控制 2.5.1 拌和站 2.5.2 摊铺碾压 第 页 共 页 毕 业 设 计 （论 文） 用 纸 2.5.3 加强原材料的检验工作 2.5.4 保证基层施工 质量 2.5.5 保证沥
3、青混凝土面层摊铺质量 2.5.6 加强竣工后路面养护工作 摘要 随着我国公路建设的高速发展 ,高等级沥青混凝土路面越来越多 ,随之而来不断出现各种病害 ,国家和地方政府投入大量的资金、人力、物力进行病害整治、返修 ,甚至重建。因此对沥青路面早期破坏的原因进行研究具有重要意义。 沥青路面早期破坏 , 不仅与设计、施工等沥青路面形成前的环节有关 , 而且与沥青路面形成后的使用、养护和管理也联系紧密。因此 , 要解决沥青路面早期破坏这一现象 , 就必须严格从设计、施工、养护管理等各方面控制把 关 , 合理设计 , 施工得当 , 从而使沥青路面早期破坏现象得到很好的解决。 本文针对高等级公路沥青混凝土
4、路面存在的各种病害 ,从原材料、结构设计、混合料配合比设计、施工控制过程以及运营维护等方面分析病害成因 ,并在原料选择、沥青混合料配合比设计、 运营维护、路面设计、路面施工方面提出相应防治对策 ,以增强沥青混凝土路面的耐久性。 关键词 : 沥青路面 ; 早期破坏 ; 防治措施 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸 高速公路路面早期损坏的原因分析与防治对策 引言： 近年来 , 我国高等级公路中沥青路面发生早期破坏的现象越来越多 , 开放交通 3 5 年 , 有的甚至 1 2 年即开始修复 , 这与要求的设计使用年限 15 20 年相差甚远。这种现象如果继续下去 , 将对公路建设的社会
5、效益和经济效益产生很大的不利影响。因为不论公路建设的规模如何大 , 也不论公路建设的速度如何快 , 投入了巨大的资金却保证不了公路的使用寿命将是最可悲的。 沥青路面的早期破坏影响了公路的交通运输 , 造成了 巨大的经济损失 , 因此对沥青路面早期破坏的原因进行研究具有重要意义。纵观目前我国高等级公路沥青路面早期损坏的现状 , 其原因是多方面的 , 也是很复杂的。它既受到设计、施工和材料等技术方面的客观因素的影响 , 也受到人为的主观因素方面的影响。 1 沥青混凝土路面病害的种类及原因分析 沥青混凝土路面病害主要包括 :裂缝、车辙、拥包、泛油、坑槽、老化、水害、疲劳破坏等几个方面 ,以下逐一分析
6、 : 1.1 沥青路面的主要破坏类型及其发生原因 沥青路面的破坏形式主要有 :裂缝、车辙、松散、剥落等。 1.1.1 裂缝 第 页 共 页 毕 业 设 计 （论 文） 用 纸 裂缝是沥青路面最主要的一种破损形式 ,按其成因不同有横向、纵向和网状三种类型。 1) 横向裂缝 按其成因不同 ,横向裂缝又可分为荷载型裂缝与非荷载型裂缝两大类。 荷载型裂缝是由于路面结构设计不当或施工质量低劣 ,或者由于车辆严重超载 ,致使半刚性基层沥青路面在反复的交通荷载作用下 ,沥青面层或半刚性基层内产生的拉应力超过其疲劳强度而断裂。 非荷载型裂缝包括沥青面层缩裂和基层反射裂缝。前者是由于低温或温度骤变 ,沥青面层所
7、产生的拉应力超过其在该温度时的抗拉强度所引起 ;后者是指半刚性基层先于沥青面层开裂 ,在荷载应力与温度应力的共同作用下 ,在基层开裂的面层底部产生应力集中而导致面层底部开裂 ,而后逐渐向上扩张而使裂缝贯穿。 2) 纵向裂缝 纵向裂缝的产生原因有两种可能性 ,一种情况是沥青面层分幅摊铺时 ,两幅接茬处未处理好 , 在车辆荷载与大气因素作用下逐渐开裂 ;另一种情况是由于路基压实度不均匀或由于路基边缘受水浸蚀产生不均匀沉陷而引起。 3) 网状裂缝 网状裂缝主要是由于路面的整体强度不足而引起 ,其原因可能是路面 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸 的整体强度不足而引起 ,其原因可能是路面
8、结构设计不合理 ,路基路面的压实度不足 ,路面材料配比不当或未拌和均匀等。也可能是由于路面出现横向或纵向裂缝后未及时封填 ,致使水分渗入下层 ,加剧了路面的破损。沥青在施工期间以及长期使用过程中的老化也是导致沥青面层形成网状裂缝 的原因之一。 4）低温裂缝 纤维、外掺剂与沥青加热混合拌制而成 ,矿料起骨架作用 ,外掺剂主要是抗剥离剂 ,纤维主要是增加内应力 ,沥青与填料 (矿粉、水泥、消石灰粉 )起胶结填充作用 ,冬季低温时沥青混合料产生体积收缩 ,在结构层内部产生温度应力 ,当气温聚降时温度应力来不及松弛 ,超过沥青混合料允许应力值时 ,沥青混合料就会被拉裂 ,导致路面裂缝造成破坏。 1.1
9、.2 车辙 车辙主要反映混合料抵抗荷载反复作用的能力及高温稳定性 ,沥青混合料具有粘、弹、塑性 ,承载能力随温度的变化而变化 ,除混合料自身因素外与荷载、温度、时间和速度的 关系都很密切 ,温度升高 ,混合料变软 ,承受荷载反复作用下 ,一部分弹性变形不能恢复成为塑性变形 ,累积成为车辙或成为波纹和拥包。 车辙起因于磨耗、材料松动、土基与基层的变形、并包括一定程度的压实作用的现象。这一现象对于沥青路面可以说是先天的 ,它与经常 第 页 共 页 毕 业 设 计 （论 文） 用 纸 发生的龟裂现象相互对立。 车辙形成的原因有三种情况 : 1) 失稳型车辙 :是由于沥青路面结构层在车轮荷载作用下 ,
10、其内部材料的流动产生横向位移而产生。通常发生在轮迹处。当沥青混合料的高温稳定性不足时 ,在外力作用下就会产生这种车辙。 2) 结构型车辙 :是由于路面结构在交通荷载作用下产生整体永久变形而形成。这种变形主要由于路基变形传递到面层而产生。 3) 磨耗型车辙 :由于沥青路面结构顶层的材料在车轮磨耗和自然环境因素作用下持续不断地损失形成。 1.1.3 水害 主要是雨水和环境水的影响 ,沥青混合料长期受水侵蚀作用 ,促使沥青从集料表面剥离降低粘接强度 ,造成混合料松散被车轮带走 ,最终使路面形 成坑槽而破坏。 1.1.4 老化 沥青混合料的老化主要是受水、紫外线、氧化等因素作用 ,使沥青混合料产生多种
11、复杂的物理化学变化 ,使沥青逐渐变硬、发脆 ,最终导致沥青混合料产生裂纹裂缝而破坏。 1.1.5 疲劳 沥青混合料在行车荷载反复作用下 ,会逐渐失去一部分弹性 ,随着使用 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸 期的增长失去弹性的机率越高 ,同时矿料的位移在增大 ,紫 外线的照射加速氧化 ,加上沥青混合料面层与半刚性基层的软硬差距 ,在车轮的反复冲击作用下逐渐产生疲劳。 1.1.6 松散、剥落和坑槽 沥青路面的松散、剥落和坑槽是由于沥青从矿料表面脱落 ,在车辆的作用下沥青面层呈现松散状态 ,以致从路面剥落形成坑凹。产生松散、剥落和坑槽的原因主要是由于在水的作用下 ,沥青与矿料之间的粘
12、附性较差 ,沥青从矿料表面剥离所致 ,是水损坏的主要表现。沥青混合料中 ,沥青和填料合称为胶结料 ,胶结料过多容易引起泛油 ,反之胶结料偏少 ,不能有效的将矿料粘结为一体 ,就会出现松散现象 ,泛油容易造成车辙 ,松散容 易出现坑槽现象。 1.2 原因分析 1.2.1 沥青混合料设计中的一些问题 1） 马歇尔法设计混合料没有考虑集料对沥青的吸收 目前我们所使用的任何集料或多或少都对沥青有吸收作用 , 有些集料对沥青的吸收还相当严重。但目前在沥青混合料设计近年来 , 我国高等级公路中沥青路面发生早期破坏的现象越来越多 , 开放交通 3 5 年 , 有的甚至 1 2 年即开始修复 , 这与要求的设
13、计使用年限 15 20 年相差甚远。这种现象如果继续下去 , 将对公路建设的社会效益和 第 页 共 页 毕 业 设 计 （论 文） 用 纸 经济效益产生很大的不利影响。因为不论公路建设的规模如何大 , 也不论公路建设的速度如何快 , 投入了巨大的资金却保证不了公路的使用寿命将是最可悲的。因此 , 实际修筑的路面能否达到使用寿命是最关键的 , 这也是公路建设质量的主题。所以在公路建设的各项工作中都应当把使用寿命摆在首位。纵观目前我国高等级公路沥青路面早期损坏的现状 , 其原因是多方面的 , 也是很复杂的。它既受到设计、施工和材料等 技术方面的客观因素的影响 , 也受到人为的主观因素方面的影响。笔
14、者通过几年来对公路施工质量的实际检查并结合对相关规范和技术资料的研究 , 在这里提出一些影响路面使用寿命 , 导致路面出现早中却没有考虑集料对沥青的吸收。由于现在沥青混合料的设计大多数采用体积分析法进行 , 这种方法中最为重要的控制参数是沥青含量和压实混合料的空隙。若在实际混合料设计中不考虑集料的吸收问题 , 就不能实现正确的体积分析 , 因而造成沥青用量偏小而实际空隙率偏大 , 使水和空气容易进入或水在车轮作用下形成动水压力直接影响了沥青路面的耐久性 , 导 致了路面的早期损坏。 2）沥青饱和度范围在规范中没有提出在进行混合料设计时应取上限还是应取下限 限的选定对按照我国目前规范设计出的混合
15、料势必造成一定的影响。沥青饱和度公式 V FA =V A/（ V A + V V） , VM A = V A + V V (即矿料 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸 间隙率 ) 为压实混合料矿料颗粒间的空隙体积率 , 为空气空隙率 V a与未被集料吸收的有效沥青体积率之和。如果 VM A 太大 , 在施工过程中易发生沥青的析漏现象 ; 如果 VM A 太小 , 混合料将会发生热稳性不足的问题。所以说 VM A 对混合料的性能具有很大的影响 , 在沥青混合料设计规范中规定的 VM A 最小值是为了保证具有足够沥青含量 , 在实际中应至少大 1 2 个百分点 , 相当于考虑了集料对
16、沥青的吸收 ,这样就有利于沥青路面的耐久性。而 V FA 是 VM A 与 V a 函数 , VM A 的增大使 V FA 趋于下限 , 因此选取规范中的下限是比较合理的。为了防止车辙和泛油 , 也 为了提高粘结力和耐久性 , 我国规范条文说明中的矿粉和沥青的用量之比 (即粉胶比 ) 为 1 112, 但在实际生产中混合料的设计粉胶比远远超过这个最高限值 112。这至少是由于以下。两原因所致 : 设计规范中没有明确说明沥青用量是总的沥青用量还是有效沥青用量。在混合料配合比设计中 , 工地试验人员参照规范要求把矿粉用量定为 6% , 而沥青用量多为 5% 左右 , 粗看似乎满足粉胶比 112 的要求 , 但实际上忽略了集料吸收沥青的因素 , 致使混合料沥青含量偏少 , 根本达不到最佳沥青用量。 集料中也含有小于 01075 mm 的矿粉 , 因此 01075 mm 含量超过6% , 使粉胶比超过 112 的要求 ,造成混合料松散 , 耐久性差 , 寿命 第 页 共 页
