高速公路瀝青路面耐久性及早期損壞分析

魏健，徐承明，陳毅

（杭州都市高速公路有限公司，杭州310000）

1 引言

目前，高速公路普遍采用改性瀝青、SMA 以及礦物纖維材料，使得高速公路施工工藝有了明顯的提高。但是從全局角度上來看，早期破壞現象比較嚴重，造成了極大的浪費，降低了高速公路的經濟性。高速公路瀝青路面耐久性不足主要表現在以下3 個方面：（1）瀝青路面損壞的時間比較早，有的高速公路路面在使用一兩年之后路面就發生比較大的破損，實際運營的時間與預計壽命相差較遠；（2）路面損壞的范圍分布較為廣泛，在我國各個地區高速公路都存在不同程度的路面過早損壞問題；（3）損壞的問題比較嚴重，有的損壞不僅僅局限在瀝青的表面層，同時在基層也發生損害，嚴重時需要進行路面重建。

2 高速公路瀝青路面耐久性影響因素研究

2.1 瀝青質量原因

瀝青是一種防水防潮的有機膠凝材料，如果使用的瀝青質量比較差，就會導致瀝青黏結度比較差，抗車轍的能力下降，可能會出現橫向的裂縫，對于溫度比較敏感的瀝青路面可能會產生開裂的現象[1]。

2.2 集料的質量原因

如果施工中使用的集料的質量比較差，會導致級配比在設計上偏差比較大，路面容易出現早期的病害，集料在使用的過程中應盡量采用粒徑較大的，整體接近于立方體；碎石有著粗糙的棱角，主要的目的是加大瀝青內部的摩擦阻力，形成礦料之間的摩擦阻力作用，能夠有效提升瀝青混合料抗形變的能力。另一方面要盡量使用人工砂，需要控制天然砂的使用數量，盡量采用圓形的顆粒，碎石屑要盡量減少含泥量，級配要粗糙。采用一定質量的礦粉能夠起到減少摩擦的作用，有效改善瀝青的剝落，在實際中應該控制好礦粉的使用數量。

2.3 混合料的配合比

瀝青混合料的配合比要考慮耐久性和穩定性。高等級路面瀝青材料主要以馬歇爾實驗作為主要判斷依據，所使用的高等級瀝青材料要經過多次配合比調試之后，經過攪拌設備進行試拌，達到標準規范要求后，才能夠作為最終的混合料配合比。

2.4 施工的質量

在施工過程中，集料的加熱時間會影響瀝青混合料的使用性，如果集料加熱時間比較短，或者是拌和時間達不到標準規范要求，加熱溫度過低，可能會導致花白料現象出現。瀝青混凝土強度下降，在施工完成后容易造成松散和波動。如果拌和的溫度過高會導致瀝青容易老化，瀝青混凝土強度降低[2]。

3 早期損壞的類型

我國高速公路半剛性瀝青路面在早期損壞上有比較多的形式，下面是幾種比較常見的破壞形式：（1）我國地質條件較為復雜，高速公路穿越地帶的地質條件多變，尤其是西部地區，很多都是軟土地基，可能會發生軟土路基的沉降，引起高速公路路面不均勻沉降，使得瀝青路面產生較大的變化。遇到軟土路基，高速公路雖然一般都會采用相應的處理措施，但是由于措施不到位，軟土路基會下陷，會對行車安全造成比較嚴重的威脅。有的高速公路在橋頭的位置已經多次采用瀝青混凝土進行找平，找平層的厚度已經比原來施工的厚度增加了不少，可能在運行多年以后，才會達到整個土體的穩定性，減少沉降量。（2）橋頭跳車。橋頭跳車是高速公路比較普遍的現象，其既有地基沉降的原因，又有一部分屬于橋頭填土的壓密效果。（3）結構性的破壞，水的破壞以及嚴重的轍槽。對于這些破壞形式，本文主要探討在對高速公路瀝青路面耐久性影響較為大的結構性破壞、水破壞以及轍槽破壞。

4 瀝青路面早期破損的原因

4.1 外因

外部原因主要是由于交通運輸事業的發展，我國貨運汽車無論是數量以及載重量都得到了明顯的提高，并且存在較為明顯的超載現象。大部分高速公路的軸載為140～150kN，最大的軸載已經遠遠超過了這一數字。但是高速公路在設計過程中，忽視了這一因素，設計的面層承載力不足，在重型貨車的行車荷載下，很容易引發表面結構的破壞，如果夏季降雨的時間比較長，路面長期受到浸泡，也會產生水破壞。

4.2 內因

對水破壞的內部原因進行分析，可以得到以下結論：（1）材料上部的孔隙率比較大，當遇到下雨天氣時，這種漏斗效應會使得雨水很快穿過瀝青表面，進入中面層和底面層。（2）瀝青材料在壓實過程中沒有達到密實標準，各個位置出現了不均勻的密實性，水分在面層中得到流動，這些薄弱位點在快速行駛的汽車輪胎下會產生較大的動水壓力，將水壓入表面層中，自由水可能會被壓入底面層的底部。（3）面層的破裂。混凝土在柔性基層上可能會產生溫度裂縫，在半剛性基礎上也會產生溫度裂縫，半剛性溫度裂縫比柔性基層裂縫要緩和一些。在降雨過程中，雨水會充滿裂縫，并且到達面層的底面，在基層頂面滯留，同時沿著裂縫向四周進行擴散，在行車荷載的反復壓力下，對基層造成不斷的粉刷，形成白漿。

5 解決早期破壞的主要措施

5.1 選擇較為優質的瀝青材料

需要選擇質量較為穩定、含蠟量比較低同時具有穩定性能的改性瀝青材料，不但要注重瀝青的原始指標，瀝青進場之后還要檢驗薄膜烘箱實驗，觀看其性質變化。對于抗車轍性能來說，抗車轍能力隨著瀝青軟化點的增加而不斷增強。因此，如果使用改性瀝青材料，應該選擇軟化點比較高，同時加熱損失比較小的瀝青材料。

5.2 對于瀝青材料的配合比進行優化設計

根據標準規范要求，提出合理的優化級配的方式。對配合比進行不斷的驗證實驗，選擇較為合理的配合比，能夠使得瀝青混合料抗滑性能較好，并且內部的構造比較大，具有良好的耐久性，全面提升高速公路瀝青路面耐久性，防止出現早期破壞。

5.3 提高瀝青混合料的壓實度

在瀝青的上部面層中采用密實性瀝青混凝土，空隙率為3%～4%，壓縮后的空隙率不能大于6%。瀝青混合料鋪筑過程中，選擇較好的壓實設備。由于馬歇爾試驗在成型溫度時具有變異性，因此，可以利用最大理論密度來控制混合料的壓實度，控制標準不小于馬歇爾實驗的96%[3]。

5.4 改善結構設計

可以將半剛性基礎轉變為復合路面形式，在半剛性基層與柔性瀝青混凝土路面之間，增加級配碎石或者是級配混凝土的過渡層，這樣就能夠有效降低基層的開裂對于面層所造成的影響。需要有效改善路面的排水設施，廣泛采用透水層進行排水，在路面附近要設置排水管道，使得在內部蓄積的自由水能夠快速排出面層，減少對結構層的破壞。要對路面排水設施進行經常性的養護，維持良好的使用性能，減少路面破壞性，這樣就能夠有效提升路面的使用壽命。當路面出現早期的破壞或者是裂縫時，需要及時進行養護和修補，有效提升路面的使用性能。

6 結語

本文對高速公路瀝青路面耐久性的影響因素進行分析，探討了瀝青路面早期損壞的類型以及原因，并且根據工程實踐以及研究，提出了解決瀝青路面早期破壞的主要措施，希望給相關研究人員提供借鑒和參考，以提升高速公路瀝青路面質量。