沥青混凝土路面早期破损分析及预防.docx

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1、沥青混凝土路面早期破损分析及预防论文导读：许多高速公路沥青路面建成通车不久，由于不能适应交通快速发展的需要，发生了较为严重的早期破损现象，如：车辙变形、龟裂网裂、坑槽沉陷、水损坏严重、抗滑性能不足等。路面早期破损是目前公路工程的通病，具有普遍性和严重性，这就促使我们对目前我国高速公路沥青混凝土路面设计、施工、原材料使用等一系列问题进行认真的反思和研究，总结经验，吸取教训，为今后的高速公路建设、养护和管理打下良好的基础。可以从以下两个方面预防水对路面的损坏：一是在面层或面板下设置排水系统，二是在面层下设置下封层。关键词：沥青混凝土路面，早期破损，预防随着国民经济的高速发展，道路交通量日益增大，车

2、辆迅速大型化、渠道化，且趋向超载，致使公路路面面临严峻的考验。许多高速公路沥青路面建成通车不久，由于不能适应交通快速发展的需要，发生了较为严重的早期破损现象，如：车辙变形、龟裂网裂、坑槽沉陷、水损坏严重、抗滑性能不足等。路面早期破损是目前公路工程的通病，具有普遍性和严重性，这就促使我们对目前我国高速公路沥青混凝土路面设计、施工、原材料使用等一系列问题进行认真的反思和研究，总结经验，吸取教训，为今后的高速公路建设、养护和管理打下良好的基础。1车辙变形车辙是在行车载荷重复作用下，路面产生累积永久性的带状凹槽。1.1车辙类型1.1.1结构性车辙由于荷载的作用，发生在沥青面层以下包括路基在内的各结构层

3、的永久变形。这种车辙宽度较大，两侧没有隆起现象，横断面成凹字形。1.1.2流动性车辙在高温条件下，车轮碾压反复作用，荷载应力超过沥青混合料的稳定度极限,使流动变形不断积累形成车辙。这种车辙一方面车轮作用部位下凹，另一方面车轮作用甚少的车道两侧反而向上隆起，在弯道处还明显向外推挤，车道线或停车线因此可能成为变形的曲线。1.1.3磨损性车辙由于车辆不断地磨损路面，特别是大量重型超载车辆渠化行驶在主车道上，磨损路面也会形成车辙。1.1.4压实不足引起的车辙由于施工控制不严引起的，属于非正常情况车辙。论文参考网。由于沥青面层本身压实不足,通车后的第一个高温季节混合料仍继续压密,在交通车辆的反复碾压作用

4、下，空隙率不断减小，达到极限残余空隙率才趋于稳定。它不仅产生压实变形，而且平整度迅速下降，形成明显的车辙。这种由于施工不良造成的非正常性车辙在我国是非常突出的。1.2影响车辙产生的因素车辙的产生受内因和外因的综合影响，内因包括沥青混合料和路面结构设计，外因包括施工、交通、气候条件。1.2.1沥青混合料提高沥青混合料的抗车辙能力是防治车辙最有效的途径，下面从沥青、集料、矿粉、级配四方面阐述。沥青：车辙与沥青的粘度直接相关，提高沥青高温粘度是防治车辙的有效措施，所以施工时应选用低针入度、高软化点、低含蜡量的高粘度沥青。集料：在集料中掺加破碎砾石对抵抗车辙是不利的，因其缺乏棱角而易变形，酸性骨料容易

5、降低混合料的水稳定性和高温稳定性。所以施工时应选用表面粗糙、嵌挤作用好、与沥青粘结性能强的集料。矿粉：为提高混合料的高温稳定性，必须有足够数量的矿粉，以减少游离沥青。级配：空隙率对车辙的影响非常大，增大集料粒径对提高车辙能力有一定效果，当然空隙率也不能太小，4%的空隙率为最小空隙率的临界。1.2.2路面结构层次沥青混合料的厚度是影响车辙的重要因素。一般来说，路面厚度既要有足够的承载能力，又应有较好的抗车辙能力,当超过某一厚度后，沥青面层厚度越大，车辙反而越严重。1.2.3交通条件大量重型超载车辆在行车道上行驶，速度慢且渠化现象严重，由于其单轴载荷加大，甚至翻倍,从而使车辙更容易产生。1.2.4

6、气候条件由于沥青混合料是粘弹塑性材料，沥青路面是黑色路面,吸收热量能力强，所以在气温较高时，路面在行车载荷反复作用下极易产生车辙。1.2.5施工因素在施工过程中要加强碾压，禁忌片面追求平整度而放松压实。保证压实度，把空隙率控制在规范要求范围内，是避免压实度不足引起车辙的有效途径。2裂缝路面裂缝是路面早期破损最常见的病害之一，它的危害在于从裂缝中不断进入水分使基层甚至路基软化，导致路面承载能力下降，加速路面破坏。2.1裂缝分类2.1.1龟裂又称网裂，通常是由于路面整体强度不足，基层软化，稳定性不良等原因引起的，沥青路面老化变脆，也会发展成网状裂缝。2.1.2纵裂缝一种情况是由于路基压实度不均匀，

7、致使路面不均匀沉陷引起的，如发生在半填半挖处的裂缝。另一种情况是沥青面层分幅摊铺时，两幅接茬未处理好，在行车载荷作用下，易形成纵缝。有时，车辙边缘也会产生纵裂缝。2.1.3横裂缝横向裂缝可分为荷载性裂缝和非荷载性裂缝两大类。荷载性裂缝是由于路面设计不当和施工质量低劣，或由于车辆严重超载，致使沥青面层或半刚性基层内产生的拉应力并超过其疲劳强度而产生裂缝。非荷载性裂缝是横向裂缝的主要形式，它有两种情况：沥青面层温度收缩性裂缝和基层反射性裂缝。2.2影响裂缝产生的因素2.2.1沥青混合料沥青混合料的性质是影响沥青路面温度收缩性裂缝的主要原因。沥青：一方面，沥青混合料的低温劲度是决定是否开裂的根本因素

8、，沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的关键。沥青老化越严重，劲度越大，裂缝出现越早。另一方面，沥青的温度敏感性也影响裂缝的产生,感温性大的沥青易开裂。一般情况下，含蜡量高，使沥青的拉伸应变减小，脆性增加，温度敏感性变大，裂缝就容易产生。级配:矿料的组成与级配也与开裂有一定关系，一般来说，用油量偏低，矿粉含量高易产生裂缝。2.2.2基层半刚性基层较之级配碎石、沥青稳定碎石等柔性基层，热容量小，与沥青表面层的附着粘结性能差，尤其是本身收缩的附加影响，使面层的横向裂缝要多些。特别是由于我国高速公路分期修建，一些沥青面层较薄，施工较快，有相当部分的半刚性基层养生不足，修筑后不久便开裂了，这些裂缝在载荷和温

9、度的作用下，由下层逐渐反射到表面。2.2.3路面面层厚度沥青面层厚度加大，裂缝就少，这是指用同一种沥青混合料、厚度大的比厚度薄的裂缝率要小。但采用质量好的沥青即使铺筑较薄的路面，其横向裂缝也可能少于质量差的沥青但铺筑较厚的路面。2.2.4施工因素优良的施工质量，特别是各结构层的压实度达到规范要求，稳定性优良，排水性能好，面层接缝处理完善等是保证裂缝特别是纵向裂缝和龟裂网裂不出现的前提条件。2.2.5气候交通条件气温的升降是温度收缩性裂缝出现的条件，雨水是加速裂缝形成、扩大甚至路面破坏的催化剂。当然不论什么样的裂缝，在行车载荷的作用下特别是较大载荷的反复作用下，都会加速路面破坏。3坑槽沥青路面的

10、坑槽往往都有一个形成过程，起初局部龟裂松散，如不及时修补养护，在行车载荷和雨水等自然因素作用下就会逐步形成坑槽。3.1坑槽类型3.1.1压实不足性坑槽一种情况是施工时混合料温度太高，使沥青老化，粘结力降低，脆性增加，导致压实不够，粘结不牢，在行车载荷作用下，形成坑槽；另一种情况是混合料温度太低，摊铺不均匀，压实不充分，导致压实度不足形成坑槽。3.1.2厚度不够性坑槽路面下面层局部标高控制不严，导致沥青上面层个别地方厚度不够，在行车作用下，部分混合料易被带走，形成坑槽。3.1.3水损害性坑槽这种坑槽是沥青混凝土路面早期破坏中最常见的坑槽，其形成过程可归纳如下：在开始阶段，水分侵入沥青与集料的界面

11、，以水膜或水气的形式存在，影响沥青与集料的粘附性。在反复荷载的作用下，沥青膜与集料开始剥离。渐渐地,路面开始出现麻面、松散、掉粒。最后形成坑槽。水损害破坏往往是从沥青面层的下面层开始的，水分进入沥青路面，滞留在基层上面，沥青下面层又往往是空隙率大的混合料，空隙中充满水，给水损害提供了条件。当集料与沥青膜剥离后，沥青混合料不再是一个整体，集料在载荷作用下，对基层产生了力的作用，使基层的局部松落形成灰浆，从路面的缝隙向上挤出来，在沥青路面上形成白色的唧浆。如此循环不断，水损坏性坑槽必然形成。3.2影响坑槽产生的因素3.2.1沥青混合料沥青：沥青与集料的粘附性和抗剥离性是防止路面剥离的基本条件。所以

12、选用沥青应具有较好的粘附性和抗老化性能。集料：沥青混合料所用的集料一般情况下是碱性骨料，它与沥青的粘附性好。如使用酸性骨料，通常添加一定数量的抗剥落剂来提高沥青与骨料的粘附性和抗剥离性，而这些抗剥落剂的优劣就决定着抗剥落性能。集料的吸水率大不仅影响拌和机生产能力，而且残存的水分影响施工压实度及空隙率，易使混合料产生剥落。级配：合理设计混合料级配，尽量减少空隙率可防止或减少水分进入沥青混合料的内部，美国推荐最合理的空隙率应为4%。由于型沥青混凝土稳定性要比型沥青混凝土差，所以下面层应尽量使用型沥青混凝土。3.2.2防水设计路面排水可分为路表排水和结构排水，路表排水是指水沿横纵坡流到路基边沟，排出

13、路基之外。结构排水是指路面结构层的排水，这要充分考虑。设置沥青面层的防水层：在沥青面层结构组合设计中，应将其中一层按密级配要求来考虑；或专门设置一层隔水层来防水，减少面层渗水。设置沥青下封层：在干净的基层表面上设置一层沥青薄膜下封层，一方面减少基层直接受到水的冲刷，另一方面形成一个光滑的界面，以利于渗入的水的排除。搞好硬路肩和中央分隔带排水设计。3.2.3施工因素控制混合料温度，确保料温在规定要求范围之内，料温太高或太低绝不能施工。确保压实度达到规范要求。严格控制沥青面层的标高,确保沥青面层的厚度。3.2.4气候条件坑槽特别是水损害性坑槽与气候条件有相当大关系，水能加速坑槽的形成,加速路面的破

14、损。冬季过后春融雨季，是对沥青路面的水稳定性考验。4沥青路面的表面功能衰减沥青路面的表面功能是指沥青路面的平整、抗滑、噪音、溅水和水雾等。这里主要说明路面抗滑性能的衰减。在我国,沥青路面抗滑性能在通车后迅速下降主要有两方面原因，第一是沥青标号过大，针入度偏大，沥青用量可能过多，路面渐渐泛油,构造深度下降，直到变成光滑的路面。第二是粗集料不耐磨，迅速磨光。5沉陷、桥头跳车沉陷一般是由基层局部成形不足，强度不够，在行车载荷和自然因素等作用下形成的。对于大面积沉陷往往是由于路基(高填方地段)不均匀沉降或局部滑移而引起的。桥头跳车往往是由桥台台背填土压实不够而引起路基不均匀沉降，从而使路面产生沉陷，形

15、成跳车。沉陷、桥头跳车这都是施工质量没有严格控制所造成的。可采用新技术、新材料、新工艺来加强填方的压实度，使其达到要求。6沥青路面早期破损的防治6.1沥青混合料的优化6.1.1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,以提高其性能指标。6.1.2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。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。6.1.3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

16、,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。表1汇总了影响混合料性能的几个因素。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，其结果对路面使用性能、材料用量及工程造价有很大影响。表1影响沥青混合料性质的因素影响因素参数性能指标沥青骨料矿粉空隙率用量性质级配性质用量性质热稳定性好少粘性大密级配亲油性、抗磨性少吸油性大耐久性好多粘性小密级配亲油性、抗磨性较多不一定小柔性好多粘性小开级配亲油性少吸油性大抗疲劳性好多粘性大或小密级配亲油性较多吸油性小抗滑性好少粘性大密或开级配抗磨性少吸油

17、性大不透水性好多粘性大密级配亲油性多吸油性小强度高多粘性大密级配亲油性多吸油性大当然为提高沥青路面使用性能还可以考虑以下两个途径:第一改善矿料级配，采用沥青玛蹄脂碎石混合料()。第二改善沥青结合料，采用改性沥青。6.2路面结构合理设计6.2.1尽可能减薄沥青面层厚度由于以下四方面原因，高速公路路面厚度可酌情减薄。第一，半刚性基层沥青路面结构的承载能力可由半刚性材料层(基层和底基层)来承担，无需用增厚面层来提高承载能力。第二，提高沥青路面使用性能不是用厚的沥青面层，而是用优质沥青。第三，沥青面层的裂缝不只是反射裂缝，在正常施工情况下，大部分是沥青面层本身的温缩裂缝。第四，一般来说厚的沥青面层易导

18、致车辙的产生。6.2.2加强沥青路面防水设计雨水滞留在沥青面层内，能使沥青从集料表面剥落，能降低沥青混合料的强度和模量，从而产生较严重的辙槽、推挤，甚至松散等早期损坏。雨水通过沥青面层滞留在半刚性基层顶面，容易引起半刚性基层顶面产生冲刷并有灰浆被唧出到面层表面，使沥青面层局部网裂和产生低洼形变，甚至逐渐形成坑洞。雨水一旦侵入土基，会使土基强度和路面整体承载能力显著下降，甚至导致结构性破坏。可以从以下两个方面预防水对路面的损坏：一是在面层或面板下设置排水系统，二是在面层下设置下封层。6.2.3选用合理的基层和底基层结构底基层和基层的强弱和好坏对整个路面，特别是沥青路面的强度、使用质量和使用寿命都

19、有十分重要的影响。选用合理的基层和底基层结构，必须保证以下几个基本条件：有足够的强度和刚度。有足够的水稳定性和冰冻稳定性。有足够的抗冲刷能力。论文参考网。收缩性小。有足够的平整度。各层间结合良好。论文参考网。6.3科学施工,确保施工质量工程质量是施工做出来的，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,，体要抓好以下几方面工作:加强对原材料的检验工作,确保材料质量合格。加强沥青混合料配合比的控制。确保施工机械设备配套情况、性能、精度等符合要求。铺筑试验路段,验证施工方案可行性。加强施工过程中质量管理与检查。总之，近年来，由于交通量的迅速增长和轴载的不断增大，给沥青路面带来了明显的早期损坏（如车辙）。但随着我国高速公路的蓬勃发展，一定能把路面的早期破损降至最低，进一步提高和完善高速公路的服务功能。