沥青混凝土路面早期病害成因分析与对策.pdf

2 0 0 6 年 3 月 第3 卷 第 1 期 深圳土木与建筑 V 0 L 3 N o 1 M A R 2 0 0 6 沥青混凝土路面早期病害成 因分析与对策 吴清玲 ( 深 圳市 市 政 工 程设 计 院 ) 一 、前 言 近年来 ，随着 国家对城市道路建设投资力度 的 加大，我 国的城市道路工程建设十分迅速 。但 是， 随着一条条城市道路 的建成并投入使用 ，沥青路面 早期病害现象 也越来越 引起业 内人士 的普遍关注 。 目前，沥青混凝土路面最常见的早期病害现象有 ： 裂 缝 、水 破 坏 、松 散 、泛 油 、推 移 等 ，这些 病 害基本上也是公路及城市道路工程质量的通病，对 新建道路的正常使用形成 了严重 的威胁 。本文就 以 上几种常见病害的成因进行分析并结合实际提出相应 的预 防措 施 ： 二、沥青混凝土路面早期病害成 因分析 造成沥青混凝土路面早期病害的因素很多，但 综合起来主要有路面结构设计不合理 、现场施工质 量控制不严 、投入运营后超载车辆管理不严 、气候 条件影响等 四个方面 。下面就 以上几种最常见的沥 青混凝土路面早期病害成 因逐一进行分析： 1、 裂缝 城市道路沥青混凝土路面裂缝主要有纵向裂缝和 横 向裂缝两种 。纵向裂缝的产生主要是 由于地基和 填土在横 向不可避免的不均匀性所造成的，特别是 在 旧路基拓宽地段， 由于土质台阶处理不规范、分 层填筑厚度及压实度控制不严 ，尤其在有表面水渗 入 的情况下 ，这些地段往 往是纵向裂缝 的高发区。 和纵向裂缝一样 ，横 向裂缝也是不可避免的。 横向裂缝 的产生往往是由于温度应力的作用而产生的 疲劳裂缝 。这种温度裂缝往往起始于温度变化率最 大 的表面并很快 向下延伸 ，并随着 时间增长造成沥 青老化，沥青面层的抗裂缝能力逐年降低 ，温度裂 缝也随之增加。面层裂 缝一旦发生冲刷、唧浆就会 产生 以缝为中心 的下陷形变 ，同时引起裂缝两侧产 生新裂缝甚至碎裂破坏 。 2 、水破 坏 所谓水破坏即降水透入路面结构层后使路面产生 早期破坏 的现象，它是 目前沥青混凝土路面早期病 吴清玲，女， 深圳市市政工程 设计院 地址 ： 深圳市笋 岗西 路 3 0 0 7号市政设计大厦附楼 邮编 ： 5 1 8 0 3 5 电话 ： 8 3 2 6 5 0 1 卜 5 3 0 害中最常见也是破坏力最大的一种病害。水破坏的 主要 破坏 形式 有 ： 网裂 、坑洞 、唧浆 、辙 槽等 。 水破坏的产生往往是由于施工中沥青混凝土配合比控 制不严 、沥青混合料拌合不均、碾压效果不 良等导 致 的沥 青路 面空 隙率过大所造 成 的 。采 用半开式 (I I 型 )沥青混凝土表面层时 ，产 生的水破坏尤 为 严 重 。 由于水渗入表面层后滞留在表面层的下部和下层 的交界面上 ，因此 在长期行车荷载作用下 ，沥青膜 开始从面层 的底部剥落并逐渐 向上扩展 ，随着下部 大量碎石上沥青的剥落 ，沥青混凝土也就 失去 了强 度 从而产 生网裂和形变 。 在行车荷载作用下 ，特别在降雨过程中和雨后 行车道上的局部 网裂会逐渐松 散，松散的石料被车 轮甩 出形成坑洞。 由于沥青混凝土的不均匀性 ，坑 洞总是先在沥青混凝土空隙率较 大处产生，随着时 间推移 ，将 会造成路 面大面积破 损 。 当水透入沥青面层并滞留在半刚性基层顶面时， 在大量高速行车作用下， 自由水产生很大的压力并 冲刷基层混合料表层的细料形成灰浆 ，灰浆又被行 车压 唧 ，通过 各种 形状 不一 的裂缝 ( 纵 、横 、斜 裂缝及 网裂 )到路表面形成唧浆 。在灰浆数量大的 情况下，可能很快形成更为严重的裂缝 ，在数量小 的情况下 ，可使路面形成网裂或形变。某处一旦有 灰浆唧出，该处很快就会产生网裂和形变 ，随后的 降水就更容易透入 ，并形成恶性循环，最终导致路 面严 重破坏 。 自由水进入面层后，使沥青与碎石的粘结力减 弱 。在行车荷载作用下 ，滞留在面层下部 的水使矿 料特别是粗集料表面裹覆的沥青膜逐渐剥落 ，使沥 青混凝土的强度逐渐 降低，直至完全松散。在行车 轮 迹下 向两侧 ( 特 别 向外侧 )挤 出，使轮迹 带下 陷 ，同时使其 两侧 鼓起 ，形成严 重辙槽 。形成 辙 槽后 ，降雨过程和雨后辙槽就会变成积水槽 ，致使 水有更长的时间透入沥青面层 形成更加严重 的水破 坏。 形成水破坏的原因除沥青混合料不均匀 、空隙 率过大有关外，还与沥青和碎石间的粘结性能或有 ： 囊 维普资讯 http:/ 2 0 0 6年 3月 第 3 卷 第 1 期 深圳土木与建筑 V O L 3 N o 1 M A R 2 0 0 6 无抗剥落剂、交通量大小、重载车 比重及 公路沿线 降雨量等 因素有关 。在我国南方潮湿地区，沥青路 面 的水破坏数量及速度 比北方干旱地区严重的多 。 近年来我国部分城市道路开始采用改性沥青或加抗剥 落剂 的s M A路面，虽然产生水破坏的数量和速度 明 显改观 ，但只要混凝土不均匀 自由水能够进入并滞 留的地方也不 同程度 的产生 了水破坏 。 3 、松 散 松散是由于沥青混凝土表面层 中的集料颗粒脱 落，从表面向下发展的渐进过程 。集料颗粒与裹覆 沥青之间丧失粘结力是颗粒脱落 的主要原 因。可能 导致松散 的情况还 有 ： ( 1 ) 集料颗粒被足够厚的粉尘包裹 ，使沥青膜 粘结在粉尘上，而不是粘结在集料颗粒上 ，表面的 摩擦力磨掉沥青膜 ，并使集料颗粒脱落。这种情况 的产生主要是由于集料含泥量超标所造成的。 ( 2 ) 表面离析处往往缺少大部分细集料， 离析面 上粗集料与粗集料相接触 ，但只有在少数接触点沥 青膜与集 料粘结 。随时 间增长 ，沥青 会老化 ，沥 青膜剥落会使沥青与集料的粘结力减弱 ，孑 L 隙中的 水冻结会破坏粘结力，或足够大 的摩擦力会破坏离 析面上 的集料颗 粒而产生松散 。 ( 3 ) 沥青混凝土面层要有高密实度才能保证沥青 混合料的粘聚力，如果混合料密实度不够，集料就 容易从混合料 中脱落而形成局部松散 。 4 、泛 油 沥青 从沥青混凝土层的内部 和下部 向上移动 ， 使表面有过多沥青的现象称作 泛油。新建沥青混凝 土路面在通车后的第一个高温季节，特别在连续多 天高温后，在大量行车特别是在重载车辆作用下进 一 步压实，易导致沥青混凝土内部过多的 自由沥青 向上移动 ，产生泛油现象 ，油石比偏大地段表现 的 尤为 明显 。高温季节雨水侵入沥 青混凝 土内部后 ， 如沥青与矿料的粘结力不足，沥青很快会从集料表 面剥落并 向上移动 ，产生更严重 的泛油现象 。在绝 大多数情况下，泛油仅产生在行车道上，而且是间 断式的片状分布 。 沥青用量过大是产生沥青面层泛油的最主要原 因。而沥青用量过 大的主要原 因有 ： ( 1 ) 沥青混合料配合 比设计的击实功不够 。我 国在设计沥青混合料配合比时通常采用马歇尔试验方 法 。当初在开发和确定马歇尔试验方法时， 、 选定室 内试验的压实功是要使室内产生的密度等于路面在行 车荷载作用下最终达到的密度。如果室 内所用击实 功产 生的密度小于使用过程中所达到的最终密度 ， 4 2 所选定的沥青用量就会偏多，但 目前 由于各种原因 室内试验所得到的密度远远低于使用过程中所达到的 最终密度 ，这使现场 施工 中产生沥青用量过大不足 为 奇 。 ( 2 ) 施工控制不严和管理不善。有些施工单位 在生产过程 中私 自改变配合 比、沥青混合料拌合不 均都是造成沥青混凝土路面局部沥青用量偏大的主观 原 因 。 ( 3 ) 少数施工单位习惯于使用沥青用量过大的混 合料 。有些人认为沥青用量越大，裹覆矿料的沥青 膜越厚 ，沥青混合料的粘结力就越大。但实际情况 恰恰相反，包覆矿料 的沥青膜越薄，沥青混合料 的 粘 结力 就越大 。 在严重泛油路段 ，沥青面层表面发光发亮 ，以 摩擦系数和表面构造深度表征的抗滑性能达不到行车 要求时往往会造成交通 事故。 5 、推移 推移的产 生一般与基层施工质量 、透油层洒布 质量 、超载车辆 比重加大、沥 青混合料性能不 良等 因素有关。在沥青混凝 土路面铺筑前 ，由于基层表 面清扫不干净、透层油洒布不均等都会容易造成沥 青面层和基层粘结不 良。沥青面层建成运营后在大 量行车 荷载 ( 超载车 辆 )作 用下 ，由于与基 层粘 结不 良特别在沥青面层施工接缝处开始产生推移 ， 随着时间增长，轮迹带两侧会产生壅包，甚至会 出 现 由于推移 而造成 的严重裂 缝 。在 基层平 整度较 差、面层厚度较薄的地段往往 由于施工质量等原 因，基层不平整会反映到沥青路面上，车辆荷载作用 下面层不平整会愈加明显，形成波浪。 三、沥青混凝土路面早期病害预防措施 沥青混凝土路面早期病害不能彻底 消除，但是 可 以通过优化设计 、加强施工管理、提高现场施工质 量等措施去预防，将其危害降到最低，从而延长沥青 混凝土路面的使用寿命。 1 、裂 缝 众所 周知 ，沥 青混凝 土路面 裂缝是不 可避 免 的。根据纵向裂缝形成原因，在路基施工过程中特别 在路基拓宽地段、路桥 ( 涵)衔接处严格控制填土厚 度及填料的均匀性，并保证达到规范要求的压实度。 沥青路面进行半幅摊铺时，采取合理措施处理纵向冷 接缝。 由于温度变化引起的温度裂缝， 沥青往往随着时 间增长而老化，沥青面层的抗裂缝能力会逐年降低， 所 以采用优质沥青会明显减少温度裂缝 。试验证 明， 在其它条件相同的情况下，采用较稀 ( 针入度大)的 维普资讯 http:/ 2 0 0 6年 3月 第 3 卷 第 1 期 深圳土木与建筑 V O L 3 N o 1 M A R 2 0 0 6 沥青有利于减少温度裂缝 。另外，沥青混凝土面层 抗温度裂缝的能力与混凝土均匀性 、压实度和空隙 率有 关 。混凝 土均匀 、压 实度 高 、空隙率 小，混 凝土强度高且 比较均匀，面层表面的薄弱处也就越 少 。 另外， 沥青面层常有因基层施工质量不高而引起 的反射裂缝。因此，在基层施工中，及时的养护、良 好的接头处理及整体强度是有效防治沥青面层反射裂 缝的有效方法之一。 2 、水 破 坏 由于水破坏的产生数量及速度与沥青混凝土密实 性及空隙率大小、沥青与粗集料的粘结力大小或有 无 抗剥落剂 、交通量 大小及 重 ( 超 )载车辆 的多 少有关 。所 以，有 效防治水 破坏发 生，应 从 以下 几 点着 手 ： ( 1 ) 选择合适的混凝土类型。沥青面层各层应尽 量使用空隙率牛 5 的密实型沥青混凝土。从当前的 技术水平看 ，密实式粗集料断级配沥青混凝土 既具 有 良好 的不透水性，又具有明显优于连续级配沥青 混凝土 ( 如 A C 一 1 6 I、A C 一 2 0 I、A C 一 2 5 I)的高 温抗永久形变能力 ，用前者作为表面层时，还具有 良好的抗滑性 能。S M A路面的广泛应用是最好的例 证。 ( 2 ) 使用优质沥青及抗剥落剂以增强沥青与碎石的 粘 附性 。一般情况下 ，酸性石 料 ( 花 岗岩 、玄武 岩等 )与沥青 的粘 附性较差 ，所 以在高等级 公路 中，宜使用针入度较小的沥青并采用抗剥落剂。严 格控制细集料含泥量也是提高沥青与碎石的粘附性的 有力措施。 ( 3 ) 提高施工质量 。施工前原材料的选用必须规 格、均匀、合理，配合比设计必须严密。在施工过程 中必须注意沥青混凝土拌合的均匀性 ，防止粗细集料 离析。严格控制沥青混合料拌合温度、出场温度及碾 压温度，混合料拌合温度过高会容易造成沥青老化， 与集料的粘附性也会 明显降低，严重时会造成面层局 部色泽不一致等现象 。据国外有关试验数据表 明，沥 青混合料的温度低于9 0 C，实际上已不可能再被进一 步压实。再者 ，尽量通过使用高效配套的碾压设备、 增加碾压遍数等提高压实度 以减小空隙率，空隙率大 的位置越多水破坏现象越严重。设法加强沥青面层间 粘结力也是有效防治水破坏的措施之一。 ( 4 ) 严格控制超载车辆 。公路管理部 门应该按照 公路法及交通部 超限运输车辆行驶公路规定的 要求对超载车辆进行强制卸载，并在入 口处设卡不得 让超载车辆进入城市道路。 ( 5 ) 优化设计 。沥青面层层间应使 用防水材料 ， 无论是何 种沥青 混合料 ，必然有 一定 的空隙率存 在 ，就会遭受一定的水破坏。在沥青面层表面涂上 防水材料 ，形成一种不透水的薄膜封层，能使沥青 面层中因降雨而聚集 的水大大减少。 3 、松 散 松散的产生往往是由于沥青混凝土面层强度不 足 、压实度过小 、面层 内部空隙率过大而造成的 。 所 以为有效 预防松 散现象 的产生 ，应该做 到： ( 1 ) 选用合格的原材料 ，特别严格控制细集料含 泥量及矿粉掺量以增强沥 青混合料的粘结力。 ( 2 ) 严格控制施工温度及压实效果 。沥青混合料 施工温度过 高会导致沥青老化 ，降低与矿料 的粘 附 性；温度过低会导致混合料压实困难，造成混合料 内部空 隙率过大 。 ( 3 ) 严格控制沥青混合料均匀性 ，防止混合料离 析。 4 、 泛 油 由于泛油往往是沥青用量过大造成 的，所 以在 配合比设计阶段必须严格按照试验规程进行最佳油石 比的选定；在施工过程 中严格按照工程师批准 的配 合 比进行施工 ，任何人不得 随意 改变生产配合 比。 5 、 推 移 、 壅 包 、 波 浪 推移 、壅包 、波浪往 往产 生在行车 道上 ，特 别是沥 青面层 只有 一层 时， 由于长期荷 载作用下， 因基层与沥 青面层粘结力较差而产生推移 ，推移严 重时会产生壅包 、波浪等破坏。所 以有效防治推移 等病害必须注意 以下几点： ( 1 ) 加强路面基层施工质量， 提高基层平整度是有 效防治病害的条件之一。再者，沥青面层铺筑前透层 油的洒布尤为重要 ， 透层油洒布前首先必须认真清扫 基层表面浮土及杂物并且保证透层油洒布的均匀性和 设计用量 ，提高基层与面层的粘结力。 ( 2 ) 有效阻止超载车辆 。随着油价上涨等原因， 近 年来超载车辆越来越多，与设计荷载相 比超载十分严 重。在重荷载重复作用下，特别在车辆启动或刹车频 繁的叉路口及转弯处沥青路面很快产生破坏，推移、 裂缝尤为常见。 四 、 结 束 语 总之，沥青混凝土路面早期病害的产生有多方 面的因素，无论设计方面、还是施工方面都存在一些 不足。鉴于 目前沥青混凝土路面病害早期化 的特点， 在优化设计的同时，更为重要的是应该加强施工管理、 提高现场施工质量，规范施工，尽量在提高沥青路面 使用性能的同时，延长使用寿命 ，提高投资效益。 4 童 ； 蠢 嚣 嚣 灞 i 蕤 蚕 繇 维普资讯 http:/