沥青混凝土路面病害分析及养护对策.doc

沥青混凝土路面早期病害分析及对策

沥青混凝土路面由于使用粘结力较强的沥青材料作结合料，因而大大增强了矿料间的粘结力，提高了混合料的强度和稳定性，使路面的使用质量和耐久性得到提高。沥青混凝土路面具有表面平整、不渗水、行车舒适、噪音小等优点，因而获得越来越广泛的应用。但它也经常受到天气、温度、行车以及材料等方面的影响，以及路面结构设计等方面的原因，不可避免地会出现各种各样的病害，而这些病害又对行车速度、路面使用寿命、乘客舒适性以及交通安全等带来了有害的影响。
我省绝大部分县以上等级道路都采用沥青混凝土路面。随着经济快速、协调发展，道路交通量日益增大，车辆迅速大型化且严重超载，使公路路面面临严峻的考验。公路的有效服务时间普遍未能达到其设计使用年限，常常在通车2-3年便出现了较为严重的早期破损现象。
一、沥青混凝土路面早期破损形式
沥青混凝土路面的损坏总体可分为两大类，一类为结构性损坏，包括路面结构整体或其中某一部分的破坏，使路面不能支承预定的荷载；另一类为功能性损坏，它可能不伴随结构性损坏而发生，但由于平整度和抗滑性能等的下降，使其不再具有预定的功能，从而影响了行车质量。在普通公路中，路面破损的表现为早期的微小裂缝，细料失落导致的露骨、磨光，沥青老化、基质损失、路面渗水等表面病害。
1.桥头跳车
桥头跳车一般是台背填土压实不足，导致填土在台背后数十米范围内下沉。其特征为：沉降在行车方向是渐变的，延续距离相对较长，路面的整体强度未受破坏，路表面也少有损坏，但行车时具有明显的“波浪”感。
2.沉陷
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面引起的。
3.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份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。
3.1横向裂缝
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超过其疲劳强度而裂缝。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。一般认为这种裂缝不可避免，对路面的整体性没有损害。
3.2纵向裂缝
纵向裂缝可分为两种情况：一种情况是由于路基压实度不均匀，路面不均匀沉陷而引起的，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，车辙边缘也会有纵裂缝。
3.3龟裂
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。一般多发生在行车道轮迹下。
4.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。
4.1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。
4.2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。
4.3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。
5.坑槽
沥青路面的坑槽往往都有一个形成过程，起初局部龟裂松散，在行车载荷和雨水等自然因素作用下逐步形成坑槽。
5.1 压实不足性坑槽
一般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，导致压实度不够形成坑槽。
5.2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。
5.3水损害性坑槽
这种坑槽是沥青混凝土路面早期破坏中常见的坑槽，其形成过程可归纳如下：
　　①在开始阶段，水分侵入沥青与集料的界面，以水膜或水气的形式存在，影响沥青与集料的粘附性。
　　②在反复荷载的作用下，沥青膜与集料开始剥离。
　　③渐渐地，路面开始麻面、松散、掉粒，最后形成坑槽。
　　水损害破坏是沥青混凝土路面在水或冻融循环的条件下，由于汽车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜从集料表面脱落（剥离），沥青混合料出现掉粒、松散，继而形成沥青混凝土路面水损性坑槽。
6.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。
以上这些沥青路面早期病害如不能在早期处理而任其发展，则必然进一步导致表面松散，或由于渗水而导致下层剥落以及深度车辙等严重的变形类病害，继而造成坑槽等结构性损坏，从而必须采用修复性的方法来进行路面维修。因此，寻求一种快捷、方便、成本合理的解决沥青混凝土路面早期病害的适用技术是养护工作中亟待解决的问题。

二、沥青混凝土路面早期破损原因分析
1. 路面结构设计原理与实际有脱节
1.1设计指标唯一。尽管沥青路面结构设计中包含弯沉和弯拉应力验算指标，但实际在沥青路面结构设计中，弯沉成为路面结构设计的唯一指标，也就是说按照现有的规范方法，在路面设计弯沉满足的条件下，弯拉应力验算肯定是通过的，使得设计指标成为唯一。
1.2设计指标不可控制。设计指标应该是路面结构可能产生损坏的控制指标，即设计模型与路面结构损坏模型应该一致，路面设计的宗旨是防止在设计年限内总交通量反复荷载作用引起路面疲劳破坏。但实际情况是，很多公路路面在交通量远未达到设计交通量的早期就已经发生了破坏，疲劳破坏的指标还没起到控制作用，弯沉指标无法与多种破坏类型和破坏标准相统一、协调。实际上，路面结构设计基本思想是路面结构的承载能力主要依靠半刚性基层路面结构破坏就意味着基层破坏。实际上现在许多公路的弯沉值都非常小，似乎路面不应该破坏，可是实际却坏了。另一方面，一旦水渗入基层、路基、弯沉又会变得很大。也就是说，路面破坏程度与路面验收时的弯沉经常不相关。
2.原材料质量不易控制
我省沥青材料主要是盘锦90号道路沥青，由于我省的气候特点是冬季寒冷、夏季炎热、四季温差大，要求沥青材料具有优良的粘结力、抗老化性能、高低温稳定性能。随着经济的发展，公路运输超、重载现象严重，对沥青材料的性能提出更高的要求。近年来，改性沥青得到普遍的应用，很大程度上改善了沥青混合料的各项性能指标。
　　路面基层常用的形式为水泥稳定砂砾或水泥稳定碎石，由于资源逐渐匮乏，料源有限，目前市场上供应集料多采用传统小型锷式破碎机生产，加工的碎石针片状含量大，级配和材料均匀性差，采用这样的矿料很难保证基层质量。面层材料的主要问题是骨料的表面特性、形状、磨耗值等指标经常不能满足规范要求，材料质量控制难度较大，从而导致沥青混合料的内摩阻力和内聚力、粘结力下降，沥青路面也就极易发生早期破损。
3. 施工质量问题
3.1 对透层油或粘层油的作用认识不够，造成各结构层间连续性和粘结性差，如为降低工程造价摊铺上面层前下面层顶面不洒粘层油，或洒布工艺控制不严造成计量不准、油膜不均匀、不连续稠度；基层清扫不净，残余浮土、碎石、油污等形成隔离层。层间连接不紧密，有缝隙可供水侵入，或者说层间夹有浮灰或松散细颗粒，水进入层间缝隙后，缝隙中的水在行车荷载作用下产生动水压力，在行车荷载重复作用下，对缝隙产生重复冲刷，形成唧浆，使缝隙处结构层强度相应降低，以致形成空洞，造成路面损坏。
3.2 我省半刚性基层施工已基本全面采用厂拌机摊工艺，基层质量有了很大提高。施工中易产生局部材料离析、压实不足、含水量较大或较小，从而造成基层未形成整体强度，开放交通后基层的局部缺陷引起面层开裂，水沿着裂缝侵入后产生唧浆，基层的细集料随着泥浆上涌，基层整体强度进一步下降而使得面层形成网裂和局部沉陷。
3.3 水泥稳定类基层容易在温湿度状况变化时产生裂缝，主要时由于材料组成中水泥含量过大或者细集料过多，及施工中含水量过大、摊铺不均匀、养生不好等而产生干缩裂缝。在其上铺筑面层后，在行车和温缩应力的共同作用下，使面层在基层开裂处产生由下而上扩展的反射裂缝。这种裂缝的长期存在，在行车及气候因素的影响下，将导致路面结构性破坏。
　　3.4 面层铺筑过程中易出现压实度不足，造成面层内部孔隙率较大，使得沥青混合料粘结力、防水性能下降，如碾压设备不当或碾压遍数不够；拌和厂离施工现场较远，运距过长，运输途中沥青混合料热量损失较大，运至现场后温度不能满足铺筑要求；为保工程进度低温施工，或拌和过程中油温过高致使沥青老化。
　　4 路面渗水是路面面层损坏的一个很重要的原因，水渗到沥青面层中而排不出去，这样在汽车荷载及温度变化的作用下，沥青面层产生破坏。
　　5. 超、重载运输问题。超、重载运输导致路面早期破坏、缩短路面设计使用寿命、增加额外补强或改建费用。因此，路面实际使用寿命与超限运输之间的定量分析，是一个不可忽视的方面。
三、沥青混凝土路面早期破损防治
通过以上分析，可以看出沥青混凝土路面早期破损与沥青混合料设计与施工、交通气候条件、原材料质量、基层质量等都有联系，沥青路面早期破损防治可从优化路面结构设计、提高原材料质量、加强施工质量控制以及路面预防性养护四个方面考虑。
3.1合理设计路面结构
3.1.1沥青面层厚度不宜过厚，路面结构的承载能力可由基层和底基层来承担，无需用增厚面层来提高承载能力。过厚的沥青面层易导致车辙的产生。
3.1.2确定合理的理论验算条件
现有的公路沥青路面设计规范，在进行沥青路面结构弯拉应力验算时，假定层间接触条件是连续接触，在这种条件下进行应力验算，半刚性基层顶面的沥青面层是受压状态，所以沥青面层不会发生弯拉疲劳破坏。实际上，在施工工程中很难保证沥青面层与基层之间、多层沥青面层之间的连续，各接触层间都有可能存在局部是滑动的，这就使得路面结构设计时的假定条件是不准确的。因此，应该在此方面加强深入研究，通过各类试验和假定条件，完善路面结构设计理论。
3.1.3 加强沥青路面防水设计。沥青路面产生的很多破损，都源于水的渗入。因此，怎样提高沥青面层的防水能力，减少外界水的渗入，应从设计层面加强考虑。如，多层沥青面层都应该考虑防水，可选择粗骨架密级配形式，既可以有较好的放水性能，又有很好的结构稳定性和耐久性。
3.1.4 设计合理的基层和底基层厚度。设计部门应根据道路等级、交通量等合理设计基层厚度及组成，不必强行要求过大的安全系数，水泥稳定类基层的干缩裂缝很难避免，应从结构方面尽量减少出现裂缝的可能性。
3.1.5合理确定沥青混合料级配。
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，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。混合料配合比设计，实际上是在各种路用性能之间做到平衡和最优，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。
3.2 严格控制原材料质量
3.2.1 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，可选用改性沥青，以提高其性能指标。
　　3.2.2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。若需要，可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。
3.3 严格控制施工质量
　　3.3.1 严格控制沥青混合料的拌和质量，拌合过程中发现“糊料”或“离析”等异常情况应立即进行处理；加大马歇尔试验频率，严格控制沥青混合料的油石比、稳定度、流值等指标，必要时对混合料进行特殊配合比设计。
　　3.3.2 保证基层顶面粗糙度。改善基层材料级配，增加粗骨料，提高大中粒径集料含量；控制最佳含水量，改进碾压方法，避免过振过湿，不能使基层顶面形成灰浆硬壳，不能用细料进行压实后找平。
　　3.3.3 合理洒布透层油、粘层油。在进行各层铺筑前，必须保持顶面清洁。基层施工完成后应立即进行碎石封层，这样即有利于基层的保湿养生，又有利于层间连接。多层面层施工，必须洒布粘层油，粘层油应有较好的粘附性，脚踏有明显的粘附感，整个面层取芯后不易分离。
3.3.4 提高面层摊铺质量。在摊铺混合料时，运距不能过远，摊铺厚度均匀，压实设备数量应配套，严格控制碾压速度和遍数，避免混合料孔隙过大。
4．预防性养护
围绕建设与养护、维修与预防的关系，我们认为，随着路网的不断完善，只有长期保持良好的路面使用性能，公路建设的巨额投资才能充分发挥其投资效益，而长期保持路面良好的技术状况必须有一个强有力的养护维修支持系统来保障，从这一意义上来说，养护维修实际上是公路建设的一种继续。在路面养护和维修的关系上，长期以来人们总是习惯于等到路面开始出现损坏后，才想起要对它进行维修，而对于路面还处于良好状态下进行预防性养护的意义则往往认识不足。预防性养护实质上是一种周期性的强制保养措施，它并不考虑路面是否已经有了某种损坏。预防性养护最佳实施时机应该是在路面尚处于良好状况，或者只有某些病害先兆时进行。
沥青道路养护技术可分为修补性养护和预防性养护两种方式。修补性养护常常因为路面病害零星、线长、面广，较为分散，所以造成施工繁琐、工效低、成本高。预防性养护是在沥青路面未产生明显病害或病害很小的时候，对路面采取特定的养护处理，以使得沥青路面能够长期保持在良好的使用状态，而不是等到路面出现明显病害后再进行修补性养护。
近年来，我们在预防性养护方面有了较多的实践。如沥青再生剂，它是一种可以使老化沥青再生恢复弹性的液体材料，直接洒布在沥青面层表面。通过大量全面的室内试验和试验路检验，并对大量的试验数据统计分析，该材料可以使沥青路面中老化沥青激活再生，对微小裂缝有一定的密封作用，可不改变沥青表面结构就能起到降低路表面硬化程度，延长路面的柔韧性和弹性，从而预防或延缓沥青路面的过早毁坏。又如热再生，当沥青路面产生温度裂缝而未发生结构性破坏时，对旧路进行热再生，把旧路沥青混合料重新加热、拌和、摊铺，形成新的沥青面层，获得新路的使用功能，延长整条路的使用寿命。还有同步碎石封层、稀浆封层等工艺，都是在旧路表面未产生较大病害时，对旧路表面进行养护处理，延长路面的使用功能。预防性养护虽然增加了资金投入，但从道路全寿命周期考虑，先期的资金投入明显延长了路面的使用功能，大大减少了道路全寿命周期内的资金投入。
沥青混凝土路面早期破损已成为沥青路面的主要危害之一，各级公路管理部门都应引起足够的重视，并根据其成因从路面设计、原材料进场到具体施工，有针对性采取一系列预防和改善措施。同时，必须建立健全质量保证体系，从管理部门、设计部门到施工部门，层层重视、层层控制、层层落实。只有这样，才能从根本上减少沥青路面的早期破损现象的发生，使公路建设质量全面提高，更上新的台阶。