提高瀝青路面耐久性的措施

李長林 畢林昌 張 濤

瀝青路面在自然因素和車輛荷載反復作用下,常出現車轍、裂縫(縱向裂縫、橫向裂縫)、路面老化、坑槽、沉陷等路面病害,如維修、養護不及時,路面使用壽命很難達到設計年限。因而提出對瀝青路面耐久性的要求,耐久性確實是瀝青路面使用性能方面一個十分重要的綜合性指標,如何提高瀝青路面的耐久性、延長瀝青路面的使用壽命具有很好的研究意義。瀝青路面耐久性主要是指瀝青路面長壽命性和長期使用性能。提高瀝青路面的耐久性主要從結構設計、材料及配合比設計、施工過程三個方面進行研究。

1 結構設計的影響

1.1 結構設計影響因素

1)路面厚度:瀝青混凝土層越厚,溫度裂縫產生的可能性越小,將瀝青層厚度從10 cm增加到25 cm,當所有其他變量相同時,開裂率只有原來的1/2。2)瀝青混凝土和基層的層間接觸狀態:面層與基層的接觸狀態越好,路面的結構整體性越強,路面的耐久性越好。3)路面排水和路基排水:地表徑流或地下水一旦進入路面結構內,會降低路面結構強度,嚴重影響路面結構的耐久性。

1.2 結構設計不合理造成的破壞類型

1)反射裂縫。半剛性路面的反射裂縫和對應裂縫主要是非荷載型的,是由溫度引起的,在已經開裂的老瀝青路面上加鋪瀝青面層后,原來的裂縫或接縫會在新鋪瀝青路面的相同位置產生,下層裂縫引起裂縫上方面層底部先開裂并逐漸向上發展直到表面。半剛性基層溫縮開裂、干縮開裂都可引起反射裂縫和對應裂縫。2)半剛性基層開裂引起的各種病害。半剛性基層開裂后,水就能夠很容易進入基層,水分的進入使得基層體積增大,進而造成路面的鼓包;水在進入基層后,冬季凍脹,春季熔融造成唧泥,破壞基層結構,進而對路面造成坑槽、松散、剝落等損害。

1.3 結構設計中的改善措施

改進結構組合,將半剛性路面的組合方式變成復合式路面的組合方式,在半剛性基層和柔性瀝青路面之間增加一個級配碎石或者瀝青穩定碎石過渡層,用這層來吸收半剛性基層開裂引起的拉應力,減少基層開裂對面層的影響。

改善路面結構內部排水設施和路面排水,采用透水層排水,也可以通過集水溝、出水管,利用過濾織物和透水性填料形成內部排水體系,使停滯的自由水盡快排出各結構層,減少結構層的損壞。加強路面排水設施的維修養護,保持良好的排水功能,減少路面病害,延長路面使用壽命。

及時養護,當發現路面發生開裂、坑槽等病害時,要及時地進行養護,裂縫修補、稀漿封層等都可以很好的提高路面的使用性能和耐久性。

2 材料及組成設計的影響

2.1 材料及組成設計的影響因素

1)瀝青質量。瀝青質量直接影響著瀝青路面的路用性能。近年來道路交通量劇增,一般瀝青材料的品質已不能滿足更重交通的瀝青路面結構的需要,從大量路面結構損壞原因的調查分析來看,路用瀝青品質不良是其主要原因之一。由于國內石油品質及瀝青煉制工藝流程的特點,國產瀝青含蠟量高,瀝青粘度低,勁度低,抗車轍能力弱,溫度敏感性高,使用這種瀝青往往路面表層結構在遠小于其使用壽命的年限內便出現損壞。

2)集料質量。集料質量差是目前公路建設中特別突出的問題,主要表現是材料臟、粉塵多、針片狀顆粒含量高、集料性能不穩定等,經常不能達到規范要求,導致實際級配與配合比設計有很大的差距,在使用過程中出現了很多的早期病害。集料性能以及礦料級配是瀝青混凝土的物理—力學性質的最關鍵影響因素。

3)混合料配合比。瀝青用量:瀝青用量在最佳范圍內變化不會對混合料的低溫開裂性能有很大影響,增大瀝青用量增大了溫縮系數,但同時降低了勁度;瀝青用量對高溫穩定性有明顯影響。

空隙率:空隙率對結構水穩定性和抗老化能力影響較大,空隙率越大,路面結構的水穩定性和抗老化能力降低。

集料的級配:集料類型和質量以及礦料級配對瀝青混凝土的物理—力學性質有重要影響。集料的級配影響混合料的空隙率、密實度和路面整體的強度和穩定性。

2.2 因材料和組成設計不合理造成的破壞類型

1)車轍。車轍是瀝青路面結構的一個主要病害,導致瀝青路面車轍形成的因素很多,產生車轍的主要原因是瀝青混合料的強度和高溫穩定性能不能滿足大交通量、重軸載交通流在高溫氣候條件下的反復作用,究其原因主要是配合比設計中沒有形成骨架密實結構,集料的級配和粗細集料的比例沒有形成結實的骨架結構。車轍是高速公路的主要病害,造成道路使用性能降低,是路面維修的最主要原因。2)泛油。配合比設計瀝青用量過大,在夏季高溫太陽直射和行車荷載的揉搓作用下,會使得瀝青膠結料匯聚上浮,最終形成泛油,極大地影響了行車安全性和路面的耐久性。3)松散剝落。松散剝落一般和瀝青的性質有關,瀝青的含量低,粘度低,瀝青混凝土在水的侵蝕作用下,很容易造成松散剝落,進而形成坑槽,降低了路面的耐久性。

2.3 材料及組成設計的改進措施

1)瀝青。瀝青與集料的粘附性和抗剝離性是防止路面剝離的基本條件。所以選用的瀝青應具有較好的粘附性和抗老化性。采用改性瀝青是改善瀝青混合料水穩性非常有效的途徑。眾多室內試驗和配合比試驗表明,采用普通瀝青粘附性不符合要求時,采用改性瀝青一般都能夠滿足要求,而且通常不需要添加抗剝落劑和摻加消石灰,與各種集料的粘附性基本上都能達到4級以上。另外,采用改性瀝青可以提高瀝青混凝土路面的抗車轍能力。2)集料。粗集料盡量采用粒徑較大、接近立方形、有尖銳棱角和粗糙表面的碎石且碎石含量較多的礦料,以加大瀝青混合料的內摩阻力,增強礦料顆粒間的嵌擠作用,阻止顆粒間的相互移動,從而提高瀝青混合料的抗變形能力。3)礦粉。適量的礦粉可以提高瀝青混凝土的強度和穩定性,礦粉的用量對瀝青混凝土的性質影響很大,一定量的礦粉可減少起潤滑作用的游離瀝青、減小瀝青膜的厚度、調整礦料的級配,尤其是滿足0.075 mm篩孔的良好級配,可改善瀝青混凝土抗剝落能力;礦粉過多會造成瀝青混凝土脆性增加,降低了混凝土的韌性,降低瀝青混合料的低溫性能,控制合理的礦粉含量可以很顯著的提高瀝青路面的耐久性。4)配合比設計。a.采用合理的礦料級配。瀝青混凝土的耐久性(抗水損害、高溫穩定性)設計要求混合料的空隙率適宜,泌水性強。若瀝青混凝土空隙率過小會產生車轍和推擠,過高會讓水和空氣進入路面,產生水損害、剝落和內部松散。因此,在瀝青路面配合比設計時,既要保證瀝青路面密實性,又要保證瀝青路面的高溫穩定性,尤其在瀝青表面層設計時對泌水性和高溫穩定性要求更高。b.嚴格控制設計空隙率。瀝青混合料配合比設計中,空隙率是影響瀝青路面水損壞的主要因素。大量資料證明,當空隙率大于8%時,滲水嚴重;當空隙率小于5%時,瀝青老化很輕微,而空隙率大于7%后,瀝青老化則急劇增大。如設計空隙率太小,在高溫時會由于瀝青膨脹而造成泛油或車轍,因此,合理的選取設計空隙率是至關重要的。

3 施工質量的影響

3.1 施工質量中的主要影響因素和常見病害

1)拌和。拌和過程中,集料的加熱時間短造成的集料溫度低、瀝青的加熱溫度低或者過高、拌合時間過短等都會影響到瀝青混合料的性能。集料加熱溫度過低、拌合時間過短、瀝青加熱溫度過低等會造成“花白料”,降低混凝土強度、穩定性,施工后易造成松散、剝落等病害。拌合溫度過高會造成瀝青老化,混合料強度降低。2)攤鋪碾壓。攤鋪碾壓溫度過低,會造成面層層間結合能力差、路面壓實困難、壓實度低、攤鋪不均勻、結合料成團等病害。嚴重影響了路面的使用性能和耐久性。攤鋪碾壓溫度過高會造成瀝青析漏、混合料離析、混合料壓實困難等,嚴重影響通車后瀝青路面的耐久性。

3.2 施工過程中的改進措施

1)溫度控制。拌和運輸、攤鋪碾壓過程中 都要加強溫度控制,對于溫度過高、過低的混合料都應做廢料處理,拌合時間要嚴格控制,在攤鋪和碾壓過程中要全程控制瀝青混合料的溫度。

2)攤鋪碾壓過程中注意事項。攤鋪中應密切注意攤鋪動向,對橫斷面不符合要求、構造物接頭部位缺料、攤鋪帶邊緣局部缺料、表面明顯不平整、局部混合料明顯離析、攤鋪后有明顯的拖痕等,應及時人工局部找補或更換混合料。

4 結語

路面是個整體結構,影響路面的耐久性有很多因素,有內在的路面材料因素,也有外在的施工過程中的人為因素。良好設計、精心施工、細心養護是保持路面耐久性的前提。

[1] 沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現象及預防[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2] 張登良.瀝青混凝土路面[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] 吳燦華.瀝青路面早期破壞成因淺探[J].山西建筑,2008,34(1):300-301.