高速公路路面裂縫產生原因及預防性養護技術

田 瑞 生

(山西交通控股集團有限公司晉中高速公路分公司，山西 晉中 030600)

0 引言

高速公路運行后，雖然歷經多年的養護，但是仍然會出現各種問題，如裂縫、坑洞、沉降、車轍印等。其中，國內的高速公路面對裂縫威脅最為常見。由于瀝青材料的特殊性，在高溫高熱分解后會導致粘結力下降，出現裂縫，進一步削弱公路的通過性。對此，筆者建議在加強日常養護的同時，采用預防性養護施工，盡可能的延長高速公路的使用壽命。

1 高速公路路面裂縫產生的原因

1.1 環境因素

瀝青受限于材料，其性能容易受到外界溫度影響，是一種感溫較強的材料。因此，導致高速公路路面出現裂縫的最大因素就是環境溫度因素。溫度較低時，瀝青勁度模量會升高，冷脆性增加，瀝青鋪蓋在混凝土上，其應力不會隨著溫度降低而提高，溫度降低導致的混凝土收縮應力超過瀝青的抗拉強度，導致瀝青路面開裂。這種裂縫最初只是集中在里面表層，隨著裂縫深度的不斷增加，一旦遇到氣溫突然降低或升高，使混合料勁度模量難以保持穩定。反復出現氣溫的升降、暴雨、大雪等極端惡劣天氣，導致表面瀝青的疲勞強度降低，應力松弛性能下降，最終導致小裂縫連成線，形成大裂縫，大裂縫連成網，形成坑洞和結構性破壞。

1.2 材料因素

高速公路選擇的瀝青大多屬于混合料膠結瀝青，其混合料配比對抗裂性有著較大的關系。高速公路路面裂縫出現與瀝青材料性能有著密切的關系，根據我國某省級高速公路企業對路面裂縫較嚴重的路段的瀝青回收實驗數據證明，混合料比例較低的瀝青較正常比例瀝青材料的滲水系數、路面軟化程度、低溫延展性、都有著較大的衰減。瀝青質和飽和分含量明顯增加，甚至數倍于原先材料，膠質和芳香酚下降較大，抵抗分裂應力的能力明顯不足，老化程度較大。

1.3 施工因素

瀝青路面是我國公路路面的主要結構形式,瀝青路面結構層可由面層，基層，墊層組成。施工因素也是導致高速公路路面裂縫出現的重要原因。根據當前路橋工程的施工規范，大多數高速公路都能做到對上中下三層集料的均勻布置。但是許多工程施工過程中，面層的細骨料偏多，增加了混凝土中的密級配混合料細骨料。路面鋪裝完畢后，難以負擔高溫環境下的路面荷載，加快了瀝青粘結應力的流失，導致瀝青老化。

1.4 養護因素

長期以來，我國公路管養以矯正性養護為主，即在道路出現局部或大面積損壞時，采取維修保養的方式進行維護。這種養護方式恰恰貽誤了道路養護的最佳時機，其缺陷和所帶來的問題不容小覷。瀝青路面由于受環境、氣候、交通荷載等諸多因素的影響，會出現瀝青有機質氧化、老化、瀝青質流失、彈性下降、骨料外露、松散、裂痕、坑槽等病害。在病害出現初期，如不采取有效措施加以治理，病害就會迅速擴大繼而惡化，嚴重影響道路的運營質量和行車安全，后期治理的難度和費用也會成倍的增加。

2 高速公路路面預防性養護技術創新

根據高速公路路面裂縫的成因和養護維修措施，我國企業逐漸研發了許多新的技術，這些技術從施工階段來看主要分為常規養護和新技術預防性養護。

2.1 常規養護方法及缺點

根據現有的技術，高速公路路面預防性養護的常規方法有微表處、稀漿封層、霧封層、薄層罩面等。針對路面出現的局部破壞如裂縫、坑塘、松散、龜裂、壅包、沉塘等病害，通常采取就地熱補的方法，將破壞區域的舊瀝青混合料全部清除，然后用熱瀝青混合料重新填入壓實。這種修補方法由于冷接縫，冷熱相間的瀝青邊緣會留下縫隙的隱患，一旦碾壓不到位會使路面在短時期內再次受損，且大量的舊瀝青混合料被廢棄，造成了資源的極大浪費和環境污染。

2.2 預防性養護新技術——XMLY再生修復技術

2.2.1新材料養護適用條件

XMLY材料全稱XMLY瀝青路面再生修護劑含有高分子活化物質和納米材料，可充分滲入道路瀝青層孔隙和微細裂縫，并與之發生物理和化學反應，對老化的瀝青進行浸潤激活，還原瀝青的三大指標，增加瀝青基質，重新粘合集料，阻止路面瀝青老化，恢復瀝青原有性能，浸潤激活瀝青后在路面形成密封保護層，能徹底阻斷路表水分滲入道路基層，對解決我國嚴寒氣候條件下的路面凍融裂縫問題有獨特的效果。

主要適用于出現早期微裂縫、路表集料松散、麻面及路面滲水嚴重等早期損壞，具體如下：主要適用于原路面路表產生了微小裂縫，裂縫寬度在1 mm～3 mm左右。原路面路表松散，甚至出現麻面，路表面結構強度完好，但瀝青剝落或老化。當路面結構強度及結構完好，但表面滲水系數增大，路面出現滲水嚴重或較嚴重的情況。

2.2.2養護技術原理

瀝青路面修護劑按照一定技術要求和工藝，經瀝青灑布機噴灑于路面后，一部分從瀝青路面出現的微裂縫處流入，另一部分從瀝青路面存在的孔隙滲入路面結構層中。瀝青路面設計時有一定的空隙率，對于產生松散、掉粒等早期損壞的瀝青路面也存在一定的空隙，因此，在產生松散、掉粒而無裂縫處的瀝青路面可認為是一種理想的多孔介質。假設瀝青路面修護劑滲入路面的最終滲透深度為H,流體材料的粘度為μ，密度為ρ，滲透率為k，瀝青路面的空隙率為φ，噴灑壓力為P0,噴灑初速度為υ0，在滲入深度為H的斷面上的壓力為P1。

所以滲透的深度是壓強差、空隙率及噴灑初速度的函數，壓差越大，滲透的深度越大；滲透系數越大，滲透深度越大；在雨后的晴天，路面面層、基層及土基等的含水量增加，在同樣的噴灑壓力下，壓差將變小，滲透的深度變小。

瀝青路面修護劑是一種溶劑型材料，可以視為不可壓縮的流體。選取路表面處的微裂縫面A及瀝青路面修護劑流入微裂縫中最低面為B過流斷面，當流體經灑布機噴灑后，在過流斷面A處時，設此時流體的流速為VA，并到達B處VB。過流斷面A與B的垂直高度H，就是瀝青路面養護劑材料流入微裂縫中的深度。這樣瀝青路面修護劑對裂縫的填充及在道路表層形成的H厚的結構層，可對路表進行密封,見圖1。

2.2.3養護技術實施步驟

XMLY技術施工主要分為三步，第一步：通過路面的微小裂縫及空隙，瀝青路面修護劑中的活性物質迅速從道路表層滲入，將其接觸到的老化瀝青激活再生，并自動彌合微裂縫，補充瀝青結合料、穩定松散的集料、增強集料粘結力，對路表0 mm～15 mm的表層進行修復，實現對道路表層的密封。第二步：在外力及自身重力作用下，瀝青路面養護劑中的活性物質始終保持滲透狀態，逐步實現對道路內部深層組織結構的修復。第三步：穩固表層結構，優化道路綜合性能，提高其抗老化性能以及抵御外界紫外線、雨水、汽油及化學品等侵蝕能力。

3 結語

高速公路路面裂縫的預防性養護對于延長高速公路使用壽命有著極為重要的作用。新型XMLY技術，可以實現非鋪裝作業下的路面養護，適合高速公路的兩年左右的檢測養護施工。具有成本低、通行影響小、作用效果顯著的作用。使用新型路面養護技術，可以幫助運營方降低養護成本，增強環境保護的作用。對于我國高速公路養護技術的發展也有著一定的推動作用。