淺談瀝青混凝土路面病害的成因及控制措施

薛向東

摘要:文章對瀝青路面早期病害出現(xiàn)原因進行了分析,根據(jù)自己的工作經(jīng)驗并針對其產(chǎn)生的原因提出了一些如何控制的措施,供廣大工程技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞:瀝青路面病害措施

0 引言

瀝青混凝土路面在我國的各種道路形式中占很大比例,與水泥混凝土等路面相比,瀝青混凝土路面具有表面平整、抗滑性好、行車舒適、噪音小等優(yōu)點。但是,隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,道路交通量日益增大,使道路路面面臨嚴峻的考驗,很多瀝青路面均表現(xiàn)出一定的早期破壞,瀝青混凝土路面最常見的病害現(xiàn)象有:裂縫、水破壞、松散、泛油等,路面的各種典型病害,不僅大大的縮短了道路的使用壽命,嚴重影響道路的正常使用,而且對道路的使用性能產(chǎn)生不利影響。文章就以上幾種常見病害的成因進行分析,針對公路瀝青路面幾種常見病害的產(chǎn)生機理,提出防治病害產(chǎn)生的建議,并給出其整治方法。

1 瀝青混凝土路面早期病害成因分析

造成瀝青混凝土路面早期病害的因素很多,但綜合起來主要有路面結(jié)構(gòu)設計不合理、現(xiàn)場施工質(zhì)量控制不嚴、投入運營后超載車輛管理不嚴、氣候條件影響等四個方面。下面就以上幾種最常見的瀝青混凝土路面早期病害成因逐一進行分析:

1.1 裂縫 高速公路瀝青混凝土路面裂縫主要有縱向裂縫和橫向裂縫兩種?？v向裂縫的產(chǎn)生主要是由于地基和填土在橫向不可避免的不均勻性所造成的,特別是在舊路基拓寬地段,由于土質(zhì)臺階處理不規(guī)范、分層填筑厚度及壓實度控制不嚴,尤其在有表面水滲入的情況下,這些地段往往是縱向裂縫的高發(fā)區(qū)。

和縱向裂縫一樣,橫向裂縫也是不可避免的。橫向裂縫的產(chǎn)生往往是由于溫度應力的作用而產(chǎn)生的疲勞裂縫。這種溫度裂縫往往起始于溫度變化率最大的表面并很快向下延伸,并隨著時間增長造成瀝青老化,瀝青面層的抗裂縫能力逐年降低,溫度裂縫也隨之增加。面層裂縫一旦發(fā)生沖刷、唧漿就會產(chǎn)生以縫為中心的下陷形變,同時引起裂縫兩側(cè)產(chǎn)生新裂縫甚至碎裂破壞。

1.2 水破壞 所謂水破壞即降水透入路面結(jié)構(gòu)層后使路面產(chǎn)生早期破壞的現(xiàn)象,它是目前瀝青混凝土路面早期病害中最常見也是破壞力最大的一種病害。水破壞的主要破壞形式有:網(wǎng)裂、坑洞、唧漿、轍槽等。水破壞的產(chǎn)生往往是由于施工中瀝青混凝土配合比控制不嚴、瀝青混合料拌合不均、碾壓效果不良等導致的瀝青路面空隙率過大所造成的。采用半開式(Ⅱ型)瀝青混凝土表面層時,產(chǎn)生的水破壞尤為嚴重。

當水透入瀝青面層并滯留在半剛性基層頂面時,在大量高速行車作用下,自由水產(chǎn)生很大的壓力并沖刷基層混合料表層的細料形成灰漿,灰漿又被行車壓唧,通過各種形狀不一的裂縫(縱、橫、斜裂縫及網(wǎng)裂)到路表面形成唧漿。在灰漿數(shù)量大的情況下,可能很快形成更為嚴重的裂縫,在數(shù)量小的情況下,可使路面形成網(wǎng)裂或形變。某處一旦有灰漿唧出,該處很快就會產(chǎn)生網(wǎng)裂和形變,隨后的降水就更容易透入,并形成惡性循環(huán),最終導致路面嚴重破壞。

1.3 松散 松散是由于瀝青混凝土表面層中的集料顆粒脫落,從表面向下發(fā)展的漸進過程。集料顆粒與裹覆瀝青之間喪失粘結(jié)力是顆粒脫落的主要原因。可能導致松散的情況還有:

1.3.1 集料顆粒被足夠厚的粉塵包裹,使瀝青膜粘結(jié)在粉塵上,而不是粘結(jié)在集料顆粒上,表面的摩擦力磨掉瀝青膜,并使集料顆粒脫落。這種情況的產(chǎn)生主要是由于集料含泥量超標所造成的。

1.3.2 表面離析處往往缺少大部分細集料,離析面上粗集料與粗集料相接觸,但只有在少數(shù)接觸點瀝青膜與集料粘結(jié)。隨時間增長,瀝青會老化,瀝青膜剝落會使瀝青與集料的粘結(jié)力減弱,孔隙中的水凍結(jié)會破壞粘結(jié)力,或足夠大的摩擦力會破壞離析面上的集料顆粒而產(chǎn)生松散。

1.3.3 瀝青混凝土面層要有高密實度才能保證瀝青混合料的粘聚力,如果混合料密實度不夠,集料就容易從混合料中脫落而形成局部松散。

1.4 泛油 瀝青從瀝青混凝土層的內(nèi)部和下部向上移動,使表面有過多瀝青的現(xiàn)象稱作泛油。新建瀝青混凝土路面在通車后的第一個高溫季節(jié),特別在連續(xù)多天高溫后,在大量行車特別是在重載車輛作用下進一步壓實,易導致瀝青混凝土內(nèi)部過多的自由瀝青向上移動,產(chǎn)生泛油現(xiàn)象,油石比偏大地段表現(xiàn)的尤為明顯。高溫季節(jié)雨水侵入瀝青混凝土內(nèi)部后,如瀝青與礦料的粘結(jié)力不足,瀝青很快會從集料表面剝落并向上移動,產(chǎn)生更嚴重的泛油現(xiàn)象。在絕大多數(shù)情況下,泛油僅產(chǎn)生在行車道上,而且是間斷式的片狀分布。

2 瀝青路面病害防治措施

瀝青路面常見病害的防治應從設計、施工和路面維護三個方面著手,只解決一個方面的問題是不夠的。

2.1 設計規(guī)范的修改 從目前的設計規(guī)范來看,在車輛荷載等級換算方面可能有較大的偏差,特別是應考慮特大車輛荷載對路基路面所產(chǎn)生的影響,其換算關(guān)系不是簡單的倍數(shù)關(guān)系。高等級公路在選材方面應有嚴格的標準要求,路面結(jié)構(gòu)層承載能力應適應當前和在設計年限內(nèi)交通發(fā)展的需要,不能片面追求路面的里程量,而降低路面標準。一方面是為了省錢用國產(chǎn)瀝青替代進口瀝青,另一方面結(jié)構(gòu)層的設計偏薄,路面基層、底基層滿足不了行車荷載的作用。從綜合效益來看,由于節(jié)省資金造成的路面破壞遠比多修幾公里路所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益大得多。

2.2 瀝青混凝土的壓實質(zhì)量控制技術(shù) 在瀝青混凝土道路施工中,對瀝青混凝土必須進行壓實,其目的是提高瀝青混凝土混合料的強度、穩(wěn)定性以及疲勞特性。所以壓實質(zhì)量的好壞直接影響到瀝青路面的平整度、密實度。良好的路面質(zhì)量最終要通過碾壓來實現(xiàn),因此必須重視壓實工作,深入研究壓實質(zhì)量的控制技術(shù)。

2.2.1 重視設備的選型與組合 從瀝青混合料的特性出發(fā),恰當選擇壓路機的大小、最佳頻率與振幅是關(guān)鍵性前提條件。選擇碾壓機型的基本原則應是:在保證瀝青混凝土碾壓質(zhì)量的前提下,選擇最少的壓路機,提高工作效率。

2.2.2 適時調(diào)整工藝參數(shù) 經(jīng)過攤鋪初期的仔細觀察、測量和試驗發(fā)現(xiàn):由于氣溫變化較大和風速的影響,使得混合料的冷卻速率較快,壓路機有效壓實時間縮短,壓實跟不上,于是將原來50m碾壓長度改為30m,并且更換了一臺壓路機,由生產(chǎn)率較大的DD110代替生產(chǎn)率較小的CC21。美國英格索蘭DD110壓路機也是兩輪振動,生產(chǎn)率高,鋼輪寬達1980mm,激振頻率為31～42Hz,激振力為35.7～133.4kN,振幅為0.46～0.94mm。由于DD110的頻率、振幅、激振力可調(diào)范圍大,輪寬而引起輪跡的機會少,因而工程質(zhì)量得到保證,并取得了滿意的結(jié)果。不但壓路機能與攤鋪機匹配,而且路面平整度均方差也由原來的0.65mm提高到0.60mm左右,部分路段達到0.52mm。

2.2.3 嚴格壓實作業(yè)的程序及操作要求 壓實分為初壓、復壓和終壓三道工序,初壓的目的是整平和穩(wěn)定混合料,這是壓實的基礎,因此要注意壓實的平整性。復壓的目的是使混合料密實、穩(wěn)定、成型,混合料的密實程度將取決于該道工序。終壓的目的是消除輪跡,最后形成平整的壓實面。所有這些都必須嚴格作業(yè)程序和操作要求。

①壓實程序 初壓時,采用了YZC10B振動壓路機(關(guān)閉振動裝置)壓兩遍,速度控制在1.5～2.0km/h,溫度控制在110℃～130℃。初壓后,隨時檢查平整度、路拱,必要時予以修整。如在碾壓時出現(xiàn)推移,則等溫度稍低后再壓。

復壓時,首先采用YL16膠輪壓路機壓兩遍,由于在膠輪壓路機進行壓實時,瀝青路面與輪胎同時變形,接觸面積大,有揉合的作用,因此壓實效果好。同時,膠輪壓路機不破壞礫石的棱角,使礫石互成齒狀,路面有更好的密實度。然后采用YZC10B、DD110各振動壓實兩遍,以提高路面的密實度。最后,用YL20膠輪壓路機壓兩遍。并始終將復壓的溫度控制在90℃～110℃,速度控制在4～5km/h。

終壓時,用DD110壓兩遍(關(guān)閉振動裝置),消除輪跡,形成平整的壓實面。并將終壓溫度控制在70℃～90℃,速度控制在2.5～3.5km/h。

整個壓實過程共壓實12遍,不但生產(chǎn)率高,工程質(zhì)量也得到了保證。

②壓實應注意的問題 首先,為了保證壓實質(zhì)量,我單位特意編發(fā)了《壓路機操作手規(guī)程》,對壓路機操作手進行培訓。

在碾壓過程中,為了保持正常的碾壓溫度范圍,每完成一遍重疊碾壓,壓路機就向攤鋪機靠近一點,這樣做也可避免在整個攤鋪層寬度上,在相同橫斷面換向所造成的壓痕。變更碾壓道應在碾壓區(qū)較冷的一端,并在壓路機停振的情況下進行。

碾壓中,要確保壓路機滾輪濕潤,以免粘附瀝青混合料。有時可采用間歇噴水,但應防止水量過大,以免混合料表面冷卻。

壓路機不得在新鋪混合料上轉(zhuǎn)向、調(diào)頭、左右移動位置或突然剎車。碾壓后的路面在冷卻前,任何機械不得在路面上停放,并防止礦料、雜物、油料等落在新鋪路面上,路面冷卻后才能開放交通。

③提高壓實質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù) 碾壓溫度:碾壓溫度的高低,直接影響瀝青混合料的壓實質(zhì)量。溫度過高,會引起壓路機兩旁混合料隆起、碾輪后的攤鋪層裂紋、碾輪上粘起瀝青混合料及前輪推料等問題。溫度過低時,碾壓工作變得困難,易產(chǎn)生難消除的輪跡,造成路面不平整,甚至導致壓實無效,或其它副作用。因此,必須嚴格控制壓實溫度,使初壓為110℃～130℃,復壓為90℃～110℃,終壓為70℃～90℃。

選擇合理的壓實工藝、壓實速度與壓實遍數(shù):合理的壓實工藝、壓實速度與壓實遍數(shù),對減少碾壓時間、提高作業(yè)效率十分重要。選擇碾壓速度的基本原則應是:在保證瀝青混合料碾壓質(zhì)量的前提下,最大限度地提高碾壓速度,從而減少碾壓遍數(shù),提高工作效率。必須嚴格控制壓實速度,使初壓為1.5～2.0Km/h,復壓為4～5Km/h,終壓為2.5～3.5Km/h。因為速度過低時,會使攤鋪與壓實工序間斷,影響壓實質(zhì)量,從而可能需要增加壓實遍數(shù)來提高密實度。碾壓速度過快時,會產(chǎn)生推移、橫向裂紋等。靳睢段施工中將壓實遍數(shù)定為12遍,既保證了碾壓質(zhì)量,又提高了碾壓速度。

選擇合理的振頻和振幅:振頻主要影響瀝青面層的表面壓實質(zhì)量。振動壓路機的振頻比瀝青混合料的固有頻率高一些,則可獲得較好的壓實效果,施工中選取的振頻為43Hz。

隨時監(jiān)測碾壓質(zhì)量:由于瀝青路面施工只有兩層,因此,應十分重視下面層的碾壓質(zhì)量,碾壓后,隨時用6m直尺進行檢測,不平整的地方當即用振動壓路機修正,確保下面層的平整度均方差小于1.2mm,為上面層的施工打下良好基礎。

2.3 加強養(yǎng)護管理 經(jīng)驗表明,科學有效的養(yǎng)護不但保證瀝青路面的服務性能,也是防止病害進一步發(fā)展,節(jié)省養(yǎng)護資金的有效手段。

3 結(jié)束語

路面早期破損已成為瀝青路面的主要危害之一,各級相關(guān)部門應引起足夠的重視,并根據(jù)其成因從路面設計、原材料進場到具體施工,有針對性采取一系列預防和改善措施。同時,必須建立健全質(zhì)量保證體系,從管理部門、設計部門到施工部門,層層重視、層層控制、層層落實。只有這樣,才能從根本上減少瀝青路面的早期破損現(xiàn)象的發(fā)生,使公路建設質(zhì)量全面提高,更上新臺階。

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