■黃育妙

（福建路橋建設(shè)有限公司，福州　350001）

福建省半剛性基層瀝青路面破損及處治淺析

■黃育妙

（福建路橋建設(shè)有限公司，福州350001）

半剛性基層瀝青路面是早期福建省最常見的高速公路路面結(jié)構(gòu)型式，該結(jié)構(gòu)易導(dǎo)致由路基引發(fā)的反射型路面早期破壞。本文以福建省某高速公路為例，根據(jù)不同的病害類型及路面幾何線形特征選取代表性的點(diǎn)位，通過挖坑探槽直觀地觀察瀝青路面內(nèi)部破壞情況，并進(jìn)行規(guī)律性總結(jié)和破壞機(jī)理分析，最后提出針對(duì)不同病害的處治辦法。

半剛性基層挖坑探槽病害機(jī)理病害處治

1　概述

福建省某高速路面位于東南沿海，潮濕多雨，建成通車多年。路面結(jié)構(gòu)層從上至下依次為 4cmAK-16A、5cmAC-20Ⅰ、6cmAC-25Ⅱ、30cm5%的水泥穩(wěn)定碎石、22cm3%的水泥穩(wěn)定碎石。經(jīng)過多年的運(yùn)營，路面損害嚴(yán)重，由基層引起的反射型病害眾多。通過對(duì)病害處的挖坑探槽分析瀝青路面病害的產(chǎn)生及發(fā)展，對(duì)病害表現(xiàn)和機(jī)理進(jìn)行總結(jié)分析，為后續(xù)路面大修或改擴(kuò)建工作提供科學(xué)依據(jù)。

2　挖坑探槽

根據(jù)路面檢測結(jié)果和不同的病害類型及路面幾何線形特征，有代表性在該高速公路沿線主車道選取了10個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行取芯與挖坑探槽，找到病害的深層原因，并進(jìn)行對(duì)照、統(tǒng)計(jì)。選取點(diǎn)的病害類型有橫裂、縱裂、龜裂、沉陷、坑槽等，在平路、上下坡段都取了相應(yīng)的點(diǎn)。下面主要介紹挖坑探槽路面的病害情況。

大部分路段瀝青混凝土表現(xiàn)為瀝青膜剝離、石料裸露并伴有泥漿、混合料內(nèi)部潮濕松散；再往下，半剛性基層呈不同形狀開裂，并可見爛泥，如圖1。這種路段在雨天的時(shí)候，即可看見泥漿通過裂縫向上涌，整個(gè)路面沿裂縫邊泛黃，雨停路表干燥時(shí)，表面裹著一層泥灰，既破壞了路面質(zhì)量，又影響了路面美觀。

10個(gè)病害點(diǎn)挖坑探槽的表面、內(nèi)部病害特征如表1所示。?

表1　　挖坑探槽結(jié)果

10個(gè)點(diǎn)挖坑探槽的結(jié)果反映了一些典型的特征：

⑴具有裂縫的位置水穩(wěn)基層均有不同程度的開裂，有的甚至四分五裂、板體松散脫空，可以看到潮濕的唧泥；

⑵內(nèi)部瀝青混合料潮濕松散，瀝青無粘性；

⑶粗集料瀝青膜基本脫落，石料裸露。

由此可判斷，半剛性基層瀝青路面的破壞主要是由于半剛性基層的開裂，由此引發(fā)反射裂縫及水損害引起的。其次，瀝青的老化致使粘結(jié)性能的衰退亦是一重要因素。

同時(shí)還發(fā)現(xiàn)在上下坡路段，內(nèi)部瀝青混合料不如一般路段潮濕，面層病害并不特別嚴(yán)重的地方基層病害卻出乎意料的嚴(yán)重，該現(xiàn)象表明此處基層病害對(duì)路面病害的反射程度較輕。

3　病害機(jī)理分析

3.1裂縫

半剛性基層的反射裂縫一般有溫縮和干縮裂縫兩種。半剛性基層材料屬于水硬性材料，竣工后，其強(qiáng)度和剛度隨著齡期的增長而不斷增大。水泥穩(wěn)定碎石基層對(duì)溫濕度敏感，極易導(dǎo)致在鋪筑面層前就產(chǎn)生溫縮和干縮裂縫，由于下臥層和該層的摩阻作用抑制其收縮，從而在該層內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，即發(fā)生斷裂。當(dāng)半剛性基層開裂后，在瀝青面層和半剛性基層間的裂縫處形成一個(gè)薄弱點(diǎn)，因荷載和溫度應(yīng)力的共同作用，在該點(diǎn)瀝青面層底部產(chǎn)生應(yīng)力集中，極易引起開裂，并逐漸擴(kuò)展到路表。

另外，在軟基或者填方路基地段，由于處理不當(dāng)或壓實(shí)不足等原因，發(fā)生土基下陷導(dǎo)致水穩(wěn)基層塌落斷板開裂，引起面層的反射裂縫。反射裂縫一般為橫向裂縫，其間距取決于氣候條件、瀝青面層厚度、路面結(jié)構(gòu)層材料的抗裂性能等。當(dāng)日夜溫差大、面層較薄、路面基層面層材料抗裂不佳時(shí)，裂縫間距小；反之，裂縫間距較大。

反射裂縫一經(jīng)出現(xiàn)，水分便趁機(jī)進(jìn)入基層頂面，在車輪動(dòng)載的反復(fù)作用下產(chǎn)生動(dòng)水壓力不斷沖刷基層，引起基層細(xì)料的流失，面層瀝青膜的剝離，表現(xiàn)為唧漿。久而久之，裂縫越來越大，細(xì)料及瀝青流失越來越多，在龜裂處，由于細(xì)料的逐步散失，路面發(fā)生輕度的沉陷，在離析處，因?yàn)r青的老化和脫落，集料特別松散，容易形成坑槽。在上下坡路段，水穩(wěn)層對(duì)面層的反射病害不如一般路面，這是由于這些坡段排水性能良好，水不會(huì)停留在基層表面對(duì)路面內(nèi)部造成反復(fù)沖刷。但同時(shí)水會(huì)滲入底基層，濕軟底基層和土基，使整個(gè)路面承載力下降，甚至發(fā)生沉陷，大大降低半剛性基層瀝青路面的使用壽命。

3.2瀝青老化

瀝青屬高分子材料，內(nèi)部主要含四組分，飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)［2］，在光和熱的催化氧化下，發(fā)生長期老化，飽和分、芳香分減少，瀝青質(zhì)漸漸增多，瀝青變硬變脆，彈性增強(qiáng)［3］，粘結(jié)力大大降低。1984年P(guān)eterson將瀝青老化的原因歸納為三條，分別是：①通過揮發(fā)和吸收使瀝青油分減少；②與空氣中氧反應(yīng)，使瀝青組分發(fā)生變化；③瀝青分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生觸變位阻導(dǎo)致硬化［4］。無論是哪種原因，無非都是從根本上促使瀝青組分由輕質(zhì)向重質(zhì)的轉(zhuǎn)變，由小分子向大分子的轉(zhuǎn)變。當(dāng)瀝青混合料遇到水時(shí)，由于石料的親水性強(qiáng)于親油性，瀝青膜發(fā)生剝離，隨著時(shí)間的推移，瀝青老化程度的加深，這種剝離越來越容易，剝離面積越來越大，直至剝落殆盡。在有動(dòng)力水的作用下，瀝青膜的剝落更快，尤其是石料的棱角處，瀝青膜本身較薄，在動(dòng)水力沖擊下首先發(fā)生破裂剝落。

3.3本路段瀝青路面病害發(fā)展過程

本段高速公路瀝青路面位于多雨區(qū)，屬半剛性基層結(jié)構(gòu)，面層為半開式瀝青混凝土結(jié)構(gòu)。反射裂縫數(shù)量較多，雨水經(jīng)常滲入，加之該段車流量較大，重載車多，加速了動(dòng)水對(duì)瀝青路面的破壞，加快病害的發(fā)展。同時(shí)，中下面層均僅采用重交瀝青，面層空隙大，加速了瀝青的老化，通車十多年瀝青老化嚴(yán)重，粘性散失，造成瀝青混凝土內(nèi)部松散。本路段的半剛性基層瀝青路面反射型病害發(fā)展過程如圖2所示。

4　病害處治辦法

根據(jù)以上分析，針對(duì)本工程的病害主要采用如下處治方式：

4.1灌縫法

在本路段一些經(jīng)過大中修的路段，瀝青老化程度尚輕，路面的輕度裂縫往往在高溫季節(jié)能夠自愈合，可采用灌縫法處治。本工程相應(yīng)施工段落采用了開槽灌縫的修補(bǔ)工藝，采用了壓力灌縫機(jī)和改性高分子聚合物瀝青灌縫材料。該種材料具有良好的彈性、流動(dòng)性和粘結(jié)力，不受季節(jié)和氣候的影響，而且可以迅速開放交通。

開槽槽口尺寸至少為寬1cm，深1.3cm，深寬比不超過2：1。主要流程為：首先對(duì)裂縫進(jìn)行開槽處理，槽口要求精確和規(guī)則，盡量避免槽口周邊材料的輕度剝落；使用空壓機(jī)清理開槽后的裂縫，將切割后的碎屑和裂縫中的雜物清理干凈，確保槽口干凈且無殘留水分；然后進(jìn)行熱施工，在路面溫度不低于40℃時(shí)進(jìn)行灌縫，將密封膠預(yù)熱30min以上，加熱至工作溫度后由壓力灌縫機(jī)進(jìn)行施工。施工結(jié)束后自然冷卻15min后即可通車。細(xì)小的裂縫，則應(yīng)先用盤式銑刀進(jìn)行擴(kuò)縫，再做處理。

4.2微表處法

在輕微病害或路表被磨光的的路段，采用微表處進(jìn)行處理。在鋪筑過程中，裂縫的水分不需要專門吹干。施工后，乳化瀝青滲入裂縫中，待其破乳水分蒸發(fā)，達(dá)到修補(bǔ)裂縫的目的，同時(shí)改善路表的抗滑性。微表處采用寧德某料場石料，325號(hào)水泥與某進(jìn)口品牌改性乳化瀝青。礦料級(jí)配見表2，混合料配合比見表3。

表2　微表處礦料級(jí)配

表3　微表處混合料配合比

4.3罩面法

在病害嚴(yán)重且較為連續(xù)的路段采用重鋪瀝青混合料罩面的方法進(jìn)行施工。瀝青路面抗滑表層銑刨后，對(duì)原瀝青路面存在反射裂縫等破損較為嚴(yán)重的部位一次性處理到5%的水泥穩(wěn)定碎石基層或3%的水泥穩(wěn)定碎石底基層，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況對(duì)路基土槽進(jìn)行相應(yīng)處理，處理結(jié)束達(dá)到要求的養(yǎng)生條件后，最后鋪筑一層新的抗滑表層，一般選用中粒式或者細(xì)粒式瀝青混合料作罩面，厚度在1.5～4cm。罩面前先在干凈的原路面噴灑粘層瀝青，而后鋪土工布或應(yīng)力吸收材料，提高修補(bǔ)后的防裂效果。所采用的瀝青混合料石料選擇考慮到運(yùn)距，采用就近原則，瀝青選用SBS改性瀝青，同時(shí)摻入3%-4%摻量的抗剝落劑。表4與表5即為典型的AC-16C瀝青混合料目標(biāo)配合比級(jí)配及其性能。

表4　礦料設(shè)計(jì)級(jí)配與最佳瀝青用量

表5　瀝青混合料體積特性

對(duì)于重度裂縫，如塊裂、龜裂等，該種裂縫處常伴有其它形式的損壞，如沉陷、邊緣損壞、錯(cuò)臺(tái)等更易引發(fā)路面破壞的病害。應(yīng)該挖除四分五裂的瀝青面層，按重新加鋪處理，相應(yīng)地對(duì)損壞基層應(yīng)先進(jìn)行處治，做好路基路面的防排水。

5　結(jié)論

通過以上分析，結(jié)合本工程實(shí)際，可得出以下結(jié)論：

（1）在多雨的情況下，經(jīng)過十年的使用，半開式瀝青混凝土內(nèi)部的重交瀝青老化嚴(yán)重，粘性基本散失，粗顆粒集料裸露，混合料極其松散；本工程中，半剛性基層引發(fā)的反射裂縫是瀝青路面最主要的破壞根源，雨水及車輪動(dòng)載是路面破壞的催化劑；

（2）在排水良好的位置，如上下坡處，基層引發(fā)的反射類病害不如一般路段嚴(yán)重；

（3）半剛性基層內(nèi)部的破壞程度及其所引起并反射到瀝青路面的裂縫和唧漿情況存在相對(duì)的必然性和可溯源性。

（4）本路段病害處治辦法主要有灌縫處理、微表處處理與罩面處理等，結(jié)合病害類型和程度分路段進(jìn)行施工。經(jīng)過病害處治后，路面使用性能有較大幅度的提升，路面狀況良好。

［1］楊濤.半剛性基層瀝青路面反射裂縫的產(chǎn)生機(jī)理及其防治措施.武漢理工大學(xué)碩士論文，2005.

［2］魏榮梅.道路瀝青的老化與再生研究.武漢理工大學(xué)碩士論文，2006.

［3］田小革，鄭健龍，等.老化對(duì)瀝青結(jié)合料粘彈性的影響.交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2004，4（1）：3-6.

［4］張登良.瀝青路面工程手冊.北京：人民交通出版社.2004.