城市道路瀝青路面的早期破壞及防治

郝顯峰

摘要：本文分析了造成半剛性基層瀝青路面裂縫病害的原因和防治措施。

關(guān)鍵詞：瀝青路面 開(kāi)裂 防治措施

0 引言

近十多年來(lái)，高等級(jí)瀝青混凝土路面在我市得到廣泛的應(yīng)用，竣工驗(yàn)收工程質(zhì)量都能達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。但由于缺乏管理經(jīng)驗(yàn)和施工設(shè)備、試驗(yàn)檢測(cè)手段相對(duì)落后等原因，我市一些新建和改造的瀝青路面發(fā)生了嚴(yán)重的過(guò)早破壞現(xiàn)象，有的使用一、二年就開(kāi)始明顯破壞。尤其近年來(lái)隨著城市路橋事業(yè)的加速發(fā)展，交通量迅速增長(zhǎng)，載重車輛比例增加，特別我市地處高寒地區(qū)（瀝青表面要承受較其他地區(qū)更嚴(yán)酷的使用條件）致使一些路面的使用質(zhì)量和壽命達(dá)不到應(yīng)有有水平。路面的早期破壞，既影響了城市道路的使用功能，又造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失?，F(xiàn)對(duì)瀝青路面早期破壞這一質(zhì)量通病做一淺顯分析。瀝青路面早期破壞主要有：開(kāi)裂——冬季瀝青路面的橫向開(kāi)裂；路面車轍——夏季高溫期在重載的作用下造成的縱向或橫向的永久性變形；水損害——雨季或春融季節(jié)出現(xiàn)的坑槽；路面的表面功能衰減——瀝青路面由于泛油、石料磨光及路面破損引起的表面功能降低或喪失。

1 破壞原因分析

1.1 開(kāi)裂原因分析

1.1.1 荷載型裂縫產(chǎn)生原因：半剛性路面的結(jié)構(gòu)性破壞裂縫主要是由于行車荷載引起的。在車輪荷載作用下，半剛性基層的底部要產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于半剛性基層材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，則半剛性基層的底部很快開(kāi)裂，在行車荷載的反復(fù)作用下，底部的裂縫會(huì)逐建擴(kuò)展到上部，使瀝青面層也開(kāi)裂破壞，產(chǎn)生荷載裂縫的可能性有多種情況，如：路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理或厚度不足，路面強(qiáng)度明顯不能滿足行車要求，在行車反復(fù)作用下，瀝青路面很快碎裂；路面強(qiáng)度日趨不足，路面回彈彎沉值逐建增大，輪跡處瀝青路面產(chǎn)生龜裂，伴隨著縱向裂縫和形變。無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)粒土或穩(wěn)定土含量過(guò)多的粒料土基層表層軟化，在行車作用下，瀝青面層產(chǎn)生龜裂，甚至推移破壞；由于施工質(zhì)量不好，無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定層拌和不均勻，底部留有素土軟弱層，導(dǎo)致瀝青面層產(chǎn)生塊狀裂縫。

1.1.2 非荷載型裂縫產(chǎn)生的原因 瀝青面層上非荷載裂縫主要是溫度裂縫。溫度裂縫主要為橫向裂縫，有兩種形式：一種是低溫收縮裂縫，在冬季氣溫驟降時(shí)，瀝青材料開(kāi)始收縮，當(dāng)瀝青面層中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力或拉應(yīng)變超過(guò)瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度或極限拉應(yīng)變時(shí)，瀝青面層就會(huì)開(kāi)裂；另一種由于日夜溫差大，溫度反復(fù)升降而導(dǎo)致溫度應(yīng)力疲勞，使混合料的極限拉伸應(yīng)力變小而產(chǎn)生的瀝青面層疲勞開(kāi)裂，這一類溫度裂縫包含了溫度應(yīng)力疲勞的因素在內(nèi)，因而稱作溫度疲勞裂縫。針對(duì)瀝青面層低溫收縮開(kāi)裂問(wèn)題，究其原因：①瀝青的品種和質(zhì)量是影響瀝青路面溫度開(kāi)裂主要原因。瀝青混合料的低溫勁度是決定是否開(kāi)裂的最根本因素，瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的的關(guān)鍵。在瀝青性質(zhì)指標(biāo)中，影響最大的是溫度敏感性，感溫性大的瀝青容易開(kāi)裂。由于瀝青在老化過(guò)程中輕質(zhì)油分揮發(fā)、瀝青氧化分解等，老化越嚴(yán)重，勁度越大，裂縫出現(xiàn)越早。瀝青中的蠟使拉伸應(yīng)變減小，脆性增加，溫度敏感性變大，橫向裂縫容易發(fā)生。②瀝青混合料的組成對(duì)瀝青的開(kāi)裂影響也很重要。在使用同一種高質(zhì)量的瀝青時(shí)，瀝青面層厚的比薄的橫向裂縫減少，另外和礦料組成級(jí)配有一定關(guān)系，但總的來(lái)說(shuō)與路面橫向開(kāi)裂不很密切。③基層材料的影響。半剛性基層熱容量小，與瀝青表面層的附著粘結(jié)性能差，尤其是本身收縮的附加影響，故橫向裂縫要多些。基層與面層的附著性能差，將使面層有一定自由收縮變形的可能性，混合料的應(yīng)力松弛性能得不到充分發(fā)揮，溫度應(yīng)力無(wú)法傳遞到基層中去，在面層內(nèi)部積聚，容易產(chǎn)生開(kāi)裂。④在氣候因素方面，極端最低溫度、降溫速率、低溫持續(xù)時(shí)間、升溫降溫循環(huán)次數(shù)是影響瀝青路面溫縮裂縫的四大要素。

1.2 車轍原因分析 車轍發(fā)展的速度是隨著荷載作用次數(shù)增加面逐年減少的，一般車道外側(cè)比內(nèi)側(cè)大。其形成的因素很多，主要為瀝青混合料的影響和交通條件環(huán)境影響。車轍變形主要來(lái)源于瀝青混合料的粘滯流動(dòng)和一定程度的壓實(shí)作用，瀝青混合料層在高溫下由于車輪反復(fù)碾壓，產(chǎn)生橫向剪切流動(dòng)，造成車轍。

1.3 水損害原因分析 水損害常以軟化和剝落的形式出現(xiàn)，影響因素主要有：

1.3.1 瀝青混凝土的性質(zhì)。瀝青混凝土中的集料所含礦物質(zhì)不同，其對(duì)水的吸附能力不同，從而影響集料與瀝青的相互粘結(jié)，使瀝青從集料表面剝落。粘附性高的瀝青對(duì)于抵抗水分的置換要好一些，如果瀝青粘性相同，瀝青的化學(xué)組成對(duì)水害的影響也是敏感的。

1.3.2 施工期氣候條件的影響。施工時(shí)的氣候條件對(duì)瀝青路面水穩(wěn)性的影響是敏感的。如果天氣冷、濕潮或壓實(shí)不完全，均使水分易于侵入混合料中而導(dǎo)致剝落，此外，施工后環(huán)境條件也將對(duì)剝落產(chǎn)生影響。

1.4 路面表面功能衰減原因分析 施工時(shí)技術(shù)管理的好壞對(duì)平整度的影響很大。也可以說(shuō)，竣工時(shí)的平整度測(cè)定值決定了以后路面的平整度，在路面使用期中的變化相對(duì)于其它因素要小些。路面抗滑性與路面骨料的級(jí)配、微觀構(gòu)造和骨料的耐磨性關(guān)系很大。如瀝青標(biāo)號(hào)過(guò)大，瀝青用量過(guò)多，粗集料不耐磨。使用期內(nèi)抗滑值的變化也可以說(shuō)是瀝青路面性質(zhì)的變化。此外和路面所處環(huán)境因素有關(guān)。

2 瀝青路面早期破壞的防治措施

2.1 半剛性路面的裂縫有荷載型結(jié)構(gòu)破壞裂縫，有瀝青面層的溫度收縮裂縫，還有由半剛性基層的溫縮裂縫和干縮裂縫。為了盡可能延緩和減輕半剛性路面面層的裂縫。從設(shè)計(jì)上保證半剛性路面不發(fā)生荷載結(jié)構(gòu)性破壞裂縫。是減輕半剛性路面裂縫的首要措施。由于結(jié)構(gòu)性破壞裂縫是由行車荷載在半剛性基層底面產(chǎn)生拉應(yīng)力而引起的，因此在進(jìn)行半剛性路面設(shè)計(jì)時(shí)，在考慮路面強(qiáng)度和穩(wěn)定性的前提下，進(jìn)行基層底面拉應(yīng)力分析。合理地進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層的厚度計(jì)算，確定路面容許彎沉值，以避免路面的結(jié)構(gòu)性破壞，從而進(jìn)一步減輕半剛性路面的非荷載型裂縫。在進(jìn)行半剛性路面設(shè)計(jì)時(shí)，首先考慮溫度裂縫從表面開(kāi)始并逐漸向下擴(kuò)展的機(jī)理，應(yīng)選用松弛性能好的優(yōu)質(zhì)瀝青做瀝青面層。并且在穩(wěn)定度滿足要求的前提下，選用用針入度較大的瀝青做面層。其次應(yīng)選用抗沖刷性能好、干縮系數(shù)和溫度系數(shù)小和抗拉強(qiáng)度高的半剛性材料做基層。采用合適的瀝青面層厚度，以節(jié)約瀝青和減少投資。用適宜的瀝青面層厚度保護(hù)開(kāi)裂的半剛性基層在使用期間不產(chǎn)生干縮裂縫和溫縮裂縫。在難免產(chǎn)生溫度裂縫的地區(qū)，瀝青面層碾壓結(jié)束后，每隔一定距離預(yù)留橫向通縫，縫間距可隨當(dāng)?shù)刈畹蜌鉁睾退脼r青質(zhì)量而定。半剛性路面施工的關(guān)鍵，是要保證在鋪筑瀝青之前，半剛性基層不產(chǎn)生收縮裂縫。如果在鋪筑瀝青之前，半剛性基層已經(jīng)產(chǎn)生了細(xì)微的收縮裂縫。為了減輕或避免基層裂縫在瀝青面上引起反射裂縫或?qū)?yīng)裂縫，需較厚的瀝青面或加中間層。如在鋪筑瀝青面層之前，半剛性基層沒(méi)有產(chǎn)生收縮裂縫，為了保證半剛性基層在使用過(guò)程中不先與瀝青面層產(chǎn)生收縮裂縫，所需瀝青面層的厚度就較薄。施工過(guò)程中所盡量保證鋪鋪筑瀝青層之前半剛性基層不產(chǎn)生收縮裂縫。因此除必須嚴(yán)格遵照路面施工技術(shù)規(guī)范外，還必須嚴(yán)格控制半剛性基層施工碾壓時(shí)的含水量，混合料的含水量不能超過(guò)壓實(shí)需要的最佳或控制在施工規(guī)范容許的范圍內(nèi)，在半剛性基層碾壓完成后，要及時(shí)養(yǎng)生，保護(hù)混合料的含水量不受損失。并且在碾壓完成或最遲在養(yǎng)生結(jié)束后，在基層頂面噴灑透層或粘層油。然后盡快鋪筑瀝青面層，避免水分損失產(chǎn)生干縮裂縫。

2.2 車轍防治措施

2.2.1 提高瀝青混合料的抗車轍能力。瀝青混合料是種彈性材料，在高溫條件下，粘性因素起主導(dǎo)作用，而車轍與瀝青的粘度直接相關(guān)。因此在設(shè)計(jì)中可選用高粘度瀝青摻加各種瀝青改性劑。

2.2.2 在施工時(shí)合理調(diào)整集料級(jí)配，適當(dāng)增大粉膠比，嚴(yán)格控制瀝青的用量。

2.2.3 在瀝青中摻入橡膠或樹(shù)脂以改善瀝青的感溫性，或摻加吸油材料改善瀝青混合料的流變性。

2.3 預(yù)防水損害的措施 瀝青路面的水損害來(lái)源于瀝青膜從集料表面的剝離，預(yù)防水害的關(guān)鍵在于：

2.3.1 防止或減少水分進(jìn)入瀝青混合料內(nèi)部，不使水侵入到瀝青與集料的界面中去。方法包括使用良好的集料，采用適當(dāng)?shù)幕旌狭霞?jí)配，減少空隙率。

2.3.2 提高瀝青與集料的粘附性，提高集料之間的粘結(jié)力。方法為摻加適量的抗剝落劑，促使集料表面更加濕潤(rùn)，從而使瀝青與集料之間的粘性增加。

2.4 路面表面功能衰減防治措施 瀝青路面的抗滑表層要求有粗糙的表面，即較大的宏觀粗糙度和微觀粗糙度。除抗滑表層的礦料級(jí)配要滿足規(guī)范要求外，粗集料的抗滑性能也必須滿足一定要求。石料磨光是表面功能衰減的主要原因。因此采用堅(jiān)硬耐磨的集料是非常重要的。另外施工時(shí)必須注意瀝青混合料的拌和均勻、碾壓到位。