試論高等級瀝青混凝土路面裂縫的成因及處置

李 晉 先

(山西朔州高速公路有限責任公司，山西 朔州 036002)

試論高等級瀝青混凝土路面裂縫的成因及處置

李 晉 先

(山西朔州高速公路有限責任公司，山西 朔州 036002)

介紹了高等級瀝青路面早期病害的主要表現(xiàn)形式，并從材料和施工兩方面，研究了路面裂縫產(chǎn)生的主要機理，進而提出了規(guī)避和處置的方法，以期達到提高道路施工質(zhì)量和使用壽命的目的。

瀝青路面，縱橫裂縫，再生材料，配合比

1 問題的提出

眾所周知，目前國內(nèi)外高等級道路路面形式的主體是瀝青混凝土路面，水泥混凝土路面所占比例較小。因此，道路日常養(yǎng)護工程的主要研究對象是瀝青混凝土路面。在正常情況下，瀝青混凝土路面具有良好的力學(xué)特性，同時，由于20世紀80年代后期以來我國的高等級道路，特別是高速公路的路面結(jié)構(gòu)材料已普遍采用改性瀝青(改性劑以熱熔性橡膠SBS、氯丁膠乳、PE和廢舊膠粉等為主)為粘結(jié)劑，使得瀝青混凝土路面的路用特性得到進一步提高，路面的早期病害(以坑槽、車轍、推擁、松散和水毀為主要表現(xiàn)形式)得到有效遏制，路面的使用壽命和對上部荷載的抵抗能力得到明顯提高。

筆者長期從事高等級道路的養(yǎng)護工作，對上述結(jié)論有深切的認識，但同時也發(fā)現(xiàn)，在高等級道路，特別是高速公路的使用過程中，其上面層仍有較多的裂縫出現(xiàn)。筆者曾在山西大運高速朔州路段進行專項調(diào)查和統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)每千米(單向三車道)的縱橫裂縫(取平均值)竟有13條之多(嚴重路段每千米甚至超過20條)。顯然，路面裂縫已成為道路面層病害的主要表現(xiàn)形式之一，不僅嚴重影響路面的整體結(jié)構(gòu)強度，且是引起路面較大面積損壞的主要誘因，也是道路交通事故的隱患。有鑒于此，分析路面裂縫的形成原因，以期逐步減少并最終杜絕路面裂縫的出現(xiàn)，是道路設(shè)計、施工和養(yǎng)護工程部門面臨的重要問題。

2 瀝青混凝土路面裂縫的成因及其處置

路面裂縫的形成涉及因素較多，但究其原因不外有以下幾個主要方面。

2.1 材料的生產(chǎn)配合比與設(shè)計配合比差異較大

合理的材料配合比，如礦料(骨料)的級配和油石配比是瀝青混合料形成應(yīng)力強度的基礎(chǔ)，它是在工程設(shè)計基礎(chǔ)上，通過實際工程試驗提出的優(yōu)化指標，必須嚴格遵守。但在實際工程中有很多環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)誤差，從而使得路面強度受到影響或面層出現(xiàn)局部失穩(wěn)而產(chǎn)生裂縫，如：

1)瀝青混合料制備時的骨料計量通常采用電子稱重配料，但加熱后的礦料在篩分進入稱量裝置時往往具有較大的沖擊荷載，這種沖擊會對稱重裝置的計量精確性產(chǎn)生不利影響；同樣，目前瀝青混合料拌和設(shè)備的瀝青計量加入大多采用熱瀝青連續(xù)泵送+計量箱計量加入方法。作為一種較為典型的高分子物質(zhì)，瀝青的粘度與自身溫度的高低成反比。在其受到泵送加壓流動的過程中，瀝青流動速度的大小除了受到壓力和管道通徑的影響外，其自身粘度指數(shù)的不同必然影響到流動速度并形成對計量容器的沖擊能量，進而影響其計量精度而對油石配比產(chǎn)生影響。

有鑒于此，為了使材料的生產(chǎn)配合比與設(shè)計配合比盡可能匹配，應(yīng)盡可能減少這種沖擊荷載對礦料級配和瀝青計量精度的影響。筆者認為，礦料的計量有一個加入的過程，應(yīng)在加入的末段適當減少加入(礦料進入計量的過程)的速率，減少物料對稱重系統(tǒng)的沖擊；而瀝青在熱瀝青容器直至計量的整個過程中必須保持溫度恒定，以保持其粘度數(shù)值和進入計量裝置時管道流速的穩(wěn)定性，進而保證油石配比的連續(xù)性和準確性。由于對稱量系統(tǒng)的沖擊難以徹底消除，因此應(yīng)在大量試驗(這種試驗應(yīng)視瀝青溫度和粘度為常數(shù))的基礎(chǔ)上確定計量精度的修正系數(shù)，以盡可能保證計量的準確性。

2)再生材料的加入使原有礦料的級配出現(xiàn)明顯的變化。路面大修或重鋪工程必然會產(chǎn)生大量的瀝青路面舊材料，這些舊料的再生利用不僅會大量減少有用材料的浪費，而且具有突出的節(jié)能環(huán)保效益，因此近年來已在國內(nèi)外道路工程中得到廣泛的應(yīng)用。但這些舊瀝青混合料中的礦料級配由于長期車輛荷載的碾壓和自然光線的長期影響，特別是路面材料經(jīng)過機械挖切的過程(目前大多采用機械銑刨工藝取得)其礦料級配已出現(xiàn)明顯的變化[1]，如表1所示。

表1 礦料級配匯總表

表1中數(shù)據(jù)顯示，瀝青路面舊材料中的骨料級配與原設(shè)計級配的變異明顯，特別是細集料所占比例顯著增加。其中銑刨料的變化最大，采用鎬挖(人工作業(yè)或采取液動、電動或風動等形式的鎬刨挖切)工藝得到的舊材料的礦料級配變化相對較小。若將其加入與新材料一起拌和，勢必會改變再生混合料中礦料的原設(shè)計級配。顯然，為了保證再生材料的制備質(zhì)量，當添加再生材料時，必須首先對這些材料的礦料級配進行篩分測定，根據(jù)舊料中的級配變化有的放矢地摻配新的骨料，以恢復(fù)原道路面層的原始設(shè)計級配，這是保證新鋪面層技術(shù)性能，也是盡可能消除路面裂縫產(chǎn)生的必要條件之一。

2.2 瀝青混合料拌制的均勻性

瀝青混合料自身的材料均勻性是保證路面形成強度的必要條件之一，反之難以達到設(shè)計強度，也是形成路面裂縫的重要原因。為實現(xiàn)拌和的均勻性，除了必須采用強制拌和(這是保證瀝青混凝土拌和質(zhì)量的必要條件，而跌落式拌和工藝顯然無法達到)工藝外，還必須對相應(yīng)的拌和時間進行必要的優(yōu)化。在工程中，較短的拌和時間會明顯提高作業(yè)效率，但卻對拌和均勻性形成隱患。圖1是在大量試驗基礎(chǔ)上做出的雙臥軸強制拌和時間與拌和均勻度的關(guān)系。

顯然，拌和均勻性的優(yōu)劣與拌和時間形成正比關(guān)系。這不僅適用于瀝青混凝土材料，也反映了其他筑路材料拌制的基本規(guī)律。如山西省交通科研院在國道208線的RCC路面試驗段(國家

403攻關(guān)項目)的鋪設(shè)時，為了保證材料的拌制均勻性，專門研發(fā)了二次拌和工藝及其專用設(shè)備，使材料的拌和時間進一步延長[2]。但時間的延長必然伴隨生產(chǎn)效率的降低，為了使其達到較為理想的統(tǒng)一，應(yīng)在作業(yè)時進行必要的實際測定，以在保證質(zhì)量的前提下盡可能縮短拌和時間，從而保證必要的作業(yè)效率。

2.3 攤鋪作業(yè)的影響

道路交通事業(yè)的快速發(fā)展，相應(yīng)的施工工藝和專用設(shè)備也取得了長足的進步，如我國工程機械生產(chǎn)廠家研發(fā)的變螺距螺旋輸料器能夠顯著地減小混合料在輸送過程中的材料離析；以德國ABG型攤鋪機為代表的機型能夠以雙強夯完成混合料的熨平壓實，其初始壓實密實度明顯超過了其他同級別機型。雖然攤鋪工藝的進步明顯提高了施工質(zhì)量，但混合料在攤鋪過程中的離析問題一直難以得到徹底解決。而材料的離析在大寬度攤鋪時表現(xiàn)更甚，這也是路面出現(xiàn)裂縫，特別是縱向裂縫的主要原因之一。近年來，國內(nèi)外公路建設(shè)行業(yè)，特別是相關(guān)學(xué)術(shù)界建議瀝青和水泥混凝土攤鋪機的單機攤鋪寬度最好低于8 m，這樣能夠較為有效地降低材料的離析，從而規(guī)避在整個路面寬度上材料的密度和強度的差異。如果某些高等級道路的寬度明顯超過8 m，則可采取攤鋪機單機多幅施工，也可以采用多臺攤鋪機前后跟進協(xié)同作業(yè)以完成較寬路面的攤鋪作業(yè)。近年來，遼寧、北京和山西等省區(qū)的很多高等級道路，特別是高速公路遵從這一建議取得了良好的效果，大量實體工程證明對于降低材料在攤鋪過程中的離析、保證施工質(zhì)量、降低路面早期病害，特別是遏制路面縱橫裂縫的產(chǎn)生是一個很好的舉措。

3 結(jié)語

本文列舉了高等級瀝青混凝土路面裂縫的主要成因和相應(yīng)的處置方法，但路面裂縫的形成還有很多因素需要探討，特別是近年來以改性瀝青為代表的新材料，SMA，RCCP(高碾壓水泥混凝土路面)和高承載力，長壽命復(fù)合路面為主要代表的新型道路結(jié)構(gòu)的研發(fā)和推廣等都需要在新的情況下對路面裂縫的形成和處置提出相應(yīng)的技術(shù)條件以與之相適應(yīng)。

[1] 高 明.水泥混凝土路面施工質(zhì)量保證要點[J].建設(shè)機械技術(shù)與管理，2014(10):78-79.

[2] 孟憲武.試論水泥路面穩(wěn)定基層施工質(zhì)量的控制[J].山西交通科技，2016(4)：10-12.

On reasons for road cracks of high-grade asphalt concrete and their treatment

Li Jinxian

(ShanxiShuozhouExpresswayCo.,Ltd,Shuozhou036002,China)

The paper introduces the main performance for the early diseases of the high-grade asphalt roadbeds, researches the main mechanism for the cracks from the materials and construction, and points out the methods for the avoidance and treatment, so as to improve the expressway construction quality and life span.

asphalt road, vertical and horizontal crack, recycled material, proportional ratio

1009-6825(2017)03-0146-02

2016-11-19

李晉先(1976- )，男，工程師

U416.217

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