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        高等級(jí)公路瀝青路面典型病害分析

        2011-08-15 00:46:05
        黑龍江交通科技 2011年6期
        關(guān)鍵詞:勁度車(chē)轍面層

        黃 哲

        (黑龍江省交通科學(xué)研究所)

        1 瀝青路面損壞現(xiàn)象的分析

        1.1 瀝青路面的車(chē)轍

        (1)由于荷載作用,重力超過(guò)路面各層的強(qiáng)度,發(fā)生在瀝青面層以下包括路基在內(nèi)各結(jié)構(gòu)層的永久性變形,稱(chēng)做結(jié)構(gòu)性車(chē)轍。這種車(chē)轍的寬度較大,兩側(cè)沒(méi)有隆起現(xiàn)象,橫斷面為v字形。

        (2)瀝青混凝土的側(cè)向流動(dòng)變形。在高溫條件下車(chē)輪碾壓的反復(fù)作用,荷載應(yīng)力超過(guò)瀝青混合料的穩(wěn)定度極限,使流動(dòng)變形不斷累積形成車(chē)轍。稱(chēng)做瀝青混合料的流動(dòng)性車(chē)轍或失穩(wěn)性車(chē)轍。一方面是車(chē)輪作用部位下凹,另一方面車(chē)輪作用的兩側(cè)反而向上隆起,在彎道處還明顯向外推擠。

        (3)由于瀝青面層本身的壓密造成的車(chē)轍。在某些高速公路過(guò)分追求平整度,在降溫后碾壓,造成壓實(shí)度不足,致使通車(chē)后的第一個(gè)高溫季節(jié)混合料繼續(xù)壓密,在車(chē)輛荷載的反復(fù)作用下,空隙率不斷減少,達(dá)到極限的殘余空隙率后才趨于穩(wěn)定,它一方面產(chǎn)生壓實(shí)變形,同時(shí)平整度迅速下降,甚至形成明顯的車(chē)轍。從這個(gè)角度出發(fā),為了減少車(chē)轍,最重要的一點(diǎn)是施工過(guò)程中加強(qiáng)碾壓,保證壓實(shí)度,使空隙率控制在要求的范圍內(nèi)。

        1.2 瀝青路面的開(kāi)裂

        (1)結(jié)構(gòu)層本身強(qiáng)度不足。由于結(jié)構(gòu)層本身強(qiáng)度不足不適應(yīng)日益增長(zhǎng)的交通量及軸載作用而產(chǎn)生的開(kāi)裂,最初一般表現(xiàn)為縱向開(kāi)裂,然后發(fā)展成為網(wǎng)裂,這一類(lèi)由荷載產(chǎn)生的裂縫在一些超載嚴(yán)重的高等級(jí)公路上較為常見(jiàn)。

        (2)溫度疲勞裂縫。溫度反復(fù)升降導(dǎo)致溫度應(yīng)力疲勞使混合料的極限拉伸應(yīng)變(或勁度模量)變小,又加上瀝青的老化使瀝青勁度增高,應(yīng)力松弛性能降低,故可能在較一次性降溫開(kāi)裂的溫度高的情況下開(kāi)裂,同時(shí)裂縫是隨著路齡的增加而不斷加劇。

        (3)反射性裂縫。此類(lèi)裂縫為反射源為水泥、石灰類(lèi)無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的半剛性基層的縮裂縫,這些裂縫在交通荷載的作用下,由下層逐漸反射到表面。

        (4)一次性降溫造成的溫度收縮裂縫。瀝青在較高的溫度條件下,具有良好的應(yīng)力松弛性能,溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過(guò)高的溫度應(yīng)力。但在冬季氣溫驟降時(shí),瀝青混合料的應(yīng)力松馳趕不上溫度應(yīng)力的增長(zhǎng),同時(shí)勁度急劇增大,超過(guò)混合料的極限強(qiáng)度或極限拉伸應(yīng)變,便會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂。

        在我國(guó),高等級(jí)公路的瀝青路面基本上都是半剛性基層,其中集料含量較多,而且瀝青層相對(duì)較厚,收縮性能得到了很大改善,采用了質(zhì)量較好的重交通石油瀝青后,橫向裂縫顯著減少。對(duì)黑龍江省竣工通車(chē)的幾條高速公路瀝青路面調(diào)查顯示,經(jīng)過(guò)一個(gè)冬季后,橫向裂縫間距一般在80~150m范圍內(nèi),第二年春季調(diào)查發(fā)現(xiàn)沒(méi)有增加新的橫向裂縫。這些裂縫冬季最寬的近10mm,夏季完全閉合,這說(shuō)明高等級(jí)公路瀝青路面的橫向裂縫大多源于瀝青面層的溫度收縮裂縫。

        我國(guó)寒區(qū)高速公路瀝青路面尤為常見(jiàn)的破損主要是溫縮裂縫,針對(duì)瀝青面層低溫收縮開(kāi)裂問(wèn)題,國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了眾多的調(diào)查與研究,原因如下。

        (1)瀝青混合料性質(zhì)是影響瀝青路面溫度開(kāi)裂的最主要原因。

        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關(guān)鍵。在瀝青性質(zhì)指標(biāo)中,影響更大的是溫度敏感性,感溫性大的瀝青容易開(kāi)裂。改性瀝青的性能以改性后瀝青的感溫性的改善程度,即針入度指數(shù)PI的變化為關(guān)鍵性評(píng)價(jià)指標(biāo)。瀝青針入度、低溫延度是影響開(kāi)裂的重要指標(biāo)。由于瀝青在老化過(guò)程中輕質(zhì)油份揮發(fā)、瀝青氧化分解、位阻硬化等,老化越嚴(yán)重,勁度越大,裂縫出現(xiàn)越早。瀝青中的蠟使應(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)瀝青路面開(kāi)裂的影響。

        ①一般認(rèn)為在最佳瀝青用量OCA的10.5%范圍內(nèi)波動(dòng)對(duì)開(kāi)裂率無(wú)明顯影響。而且,瀝青用量增加使混合料應(yīng)力松馳性能提高的同時(shí),也使收縮性能變大,二者互有抵消。

        ②基層的影響。半剛性基層比級(jí)配碎石、瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層熱容量小,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,故橫向裂縫較多?;鶎优c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)力松馳性能得不到充分發(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)生裂縫。

        1.3 瀝青路面的水損害

        (1)在開(kāi)始階段,水分侵入瀝青與集料的界面,以水膜或水氣形式存在,影響瀝青與集料的粘附性。(2)在反復(fù)荷載作用下,瀝青膜與集料開(kāi)始剝離。(3)集料逐漸開(kāi)始松散、掉粒。(4)最后形成坑槽。

        目前預(yù)防水損害的關(guān)鍵主要通過(guò)兩個(gè)途徑來(lái)解決。

        (1)防止或減少水分進(jìn)入瀝青混合料內(nèi)部,使水不能侵入到瀝青與集料的結(jié)合面上去。(2)提高瀝青集料的粘附性,提高集料之間的粘結(jié)力。

        1.4 瀝青路面的表面功能衰減

        路面表面功能是指抗滑、噪音、車(chē)輪向兩側(cè)的濺水、車(chē)后拖帶的水霧。主要是指與交通安全有關(guān)的抗滑、濺水和水霧。

        為了提高路面的抗滑能力,瀝青路面的抗滑面層要求有粗糙的表面,即較大的宏觀(guān)粗糙度及微觀(guān)粗糙度。宏觀(guān)粗糙度取決于構(gòu)造深度,微觀(guān)粗糙度取決于粗集料的耐磨光性能,從這兩個(gè)方面注意,即可有效防止路面表面功能衰減。

        2 結(jié)語(yǔ)

        減少病害的發(fā)生,延長(zhǎng)路面使用年限,這是世界各國(guó)瀝青路面建設(shè)和管理單位共同面臨的一項(xiàng)難題。在我國(guó),公路養(yǎng)護(hù)高峰期即將到來(lái),我們必須從公路可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的高度,深入分析病害產(chǎn)生的原因,從建設(shè)和養(yǎng)護(hù)方面探索出行之有效的解決途徑。

        [1]李福普,沈金安.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范實(shí)施手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社,2004.

        [2]沙慶林.高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防[M].北京:人民交通出版社,2001.

        [3]英國(guó)運(yùn)輸科學(xué)研究院.瀝青路面道路質(zhì)量評(píng)估及養(yǎng)護(hù)指南[M].北京:人民交通出版社,2001.

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