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        高速公路瀝青路面耐久性及早期損壞分析

        2020-03-05 16:50:53魏健徐承明陳毅
        工程建設(shè)與設(shè)計 2020年24期
        關(guān)鍵詞:耐久性瀝青路面高速公路

        魏健,徐承明,陳毅

        (杭州都市高速公路有限公司,杭州310000)

        1 引言

        目前,高速公路普遍采用改性瀝青、SMA 以及礦物纖維材料,使得高速公路施工工藝有了明顯的提高。但是從全局角度上來看,早期破壞現(xiàn)象比較嚴重,造成了極大的浪費,降低了高速公路的經(jīng)濟性。高速公路瀝青路面耐久性不足主要表現(xiàn)在以下3 個方面:(1)瀝青路面損壞的時間比較早,有的高速公路路面在使用一兩年之后路面就發(fā)生比較大的破損,實際運營的時間與預(yù)計壽命相差較遠;(2)路面損壞的范圍分布較為廣泛,在我國各個地區(qū)高速公路都存在不同程度的路面過早損壞問題;(3)損壞的問題比較嚴重,有的損壞不僅僅局限在瀝青的表面層,同時在基層也發(fā)生損害,嚴重時需要進行路面重建。

        2 高速公路瀝青路面耐久性影響因素研究

        2.1 瀝青質(zhì)量原因

        瀝青是一種防水防潮的有機膠凝材料,如果使用的瀝青質(zhì)量比較差,就會導(dǎo)致瀝青黏結(jié)度比較差,抗車轍的能力下降,可能會出現(xiàn)橫向的裂縫,對于溫度比較敏感的瀝青路面可能會產(chǎn)生開裂的現(xiàn)象[1]。

        2.2 集料的質(zhì)量原因

        如果施工中使用的集料的質(zhì)量比較差,會導(dǎo)致級配比在設(shè)計上偏差比較大,路面容易出現(xiàn)早期的病害,集料在使用的過程中應(yīng)盡量采用粒徑較大的,整體接近于立方體;碎石有著粗糙的棱角,主要的目的是加大瀝青內(nèi)部的摩擦阻力,形成礦料之間的摩擦阻力作用,能夠有效提升瀝青混合料抗形變的能力。另一方面要盡量使用人工砂,需要控制天然砂的使用數(shù)量,盡量采用圓形的顆粒,碎石屑要盡量減少含泥量,級配要粗糙。采用一定質(zhì)量的礦粉能夠起到減少摩擦的作用,有效改善瀝青的剝落,在實際中應(yīng)該控制好礦粉的使用數(shù)量。

        2.3 混合料的配合比

        瀝青混合料的配合比要考慮耐久性和穩(wěn)定性。高等級路面瀝青材料主要以馬歇爾實驗作為主要判斷依據(jù),所使用的高等級瀝青材料要經(jīng)過多次配合比調(diào)試之后,經(jīng)過攪拌設(shè)備進行試拌,達到標準規(guī)范要求后,才能夠作為最終的混合料配合比。

        2.4 施工的質(zhì)量

        在施工過程中,集料的加熱時間會影響瀝青混合料的使用性,如果集料加熱時間比較短,或者是拌和時間達不到標準規(guī)范要求,加熱溫度過低,可能會導(dǎo)致花白料現(xiàn)象出現(xiàn)。瀝青混凝土強度下降,在施工完成后容易造成松散和波動。如果拌和的溫度過高會導(dǎo)致瀝青容易老化,瀝青混凝土強度降低[2]。

        3 早期損壞的類型

        我國高速公路半剛性瀝青路面在早期損壞上有比較多的形式,下面是幾種比較常見的破壞形式:(1)我國地質(zhì)條件較為復(fù)雜,高速公路穿越地帶的地質(zhì)條件多變,尤其是西部地區(qū),很多都是軟土地基,可能會發(fā)生軟土路基的沉降,引起高速公路路面不均勻沉降,使得瀝青路面產(chǎn)生較大的變化。遇到軟土路基,高速公路雖然一般都會采用相應(yīng)的處理措施,但是由于措施不到位,軟土路基會下陷,會對行車安全造成比較嚴重的威脅。有的高速公路在橋頭的位置已經(jīng)多次采用瀝青混凝土進行找平,找平層的厚度已經(jīng)比原來施工的厚度增加了不少,可能在運行多年以后,才會達到整個土體的穩(wěn)定性,減少沉降量。(2)橋頭跳車。橋頭跳車是高速公路比較普遍的現(xiàn)象,其既有地基沉降的原因,又有一部分屬于橋頭填土的壓密效果。(3)結(jié)構(gòu)性的破壞,水的破壞以及嚴重的轍槽。對于這些破壞形式,本文主要探討在對高速公路瀝青路面耐久性影響較為大的結(jié)構(gòu)性破壞、水破壞以及轍槽破壞。

        4 瀝青路面早期破損的原因

        4.1 外因

        外部原因主要是由于交通運輸事業(yè)的發(fā)展,我國貨運汽車無論是數(shù)量以及載重量都得到了明顯的提高,并且存在較為明顯的超載現(xiàn)象。大部分高速公路的軸載為140~150kN,最大的軸載已經(jīng)遠遠超過了這一數(shù)字。但是高速公路在設(shè)計過程中,忽視了這一因素,設(shè)計的面層承載力不足,在重型貨車的行車荷載下,很容易引發(fā)表面結(jié)構(gòu)的破壞,如果夏季降雨的時間比較長,路面長期受到浸泡,也會產(chǎn)生水破壞。

        4.2 內(nèi)因

        對水破壞的內(nèi)部原因進行分析,可以得到以下結(jié)論:(1)材料上部的孔隙率比較大,當遇到下雨天氣時,這種漏斗效應(yīng)會使得雨水很快穿過瀝青表面,進入中面層和底面層。(2)瀝青材料在壓實過程中沒有達到密實標準,各個位置出現(xiàn)了不均勻的密實性,水分在面層中得到流動,這些薄弱位點在快速行駛的汽車輪胎下會產(chǎn)生較大的動水壓力,將水壓入表面層中,自由水可能會被壓入底面層的底部。(3)面層的破裂?;炷猎谌嵝曰鶎由峡赡軙a(chǎn)生溫度裂縫,在半剛性基礎(chǔ)上也會產(chǎn)生溫度裂縫,半剛性溫度裂縫比柔性基層裂縫要緩和一些。在降雨過程中,雨水會充滿裂縫,并且到達面層的底面,在基層頂面滯留,同時沿著裂縫向四周進行擴散,在行車荷載的反復(fù)壓力下,對基層造成不斷的粉刷,形成白漿。

        5 解決早期破壞的主要措施

        5.1 選擇較為優(yōu)質(zhì)的瀝青材料

        需要選擇質(zhì)量較為穩(wěn)定、含蠟量比較低同時具有穩(wěn)定性能的改性瀝青材料,不但要注重瀝青的原始指標,瀝青進場之后還要檢驗薄膜烘箱實驗,觀看其性質(zhì)變化。對于抗車轍性能來說,抗車轍能力隨著瀝青軟化點的增加而不斷增強。因此,如果使用改性瀝青材料,應(yīng)該選擇軟化點比較高,同時加熱損失比較小的瀝青材料。

        5.2 對于瀝青材料的配合比進行優(yōu)化設(shè)計

        根據(jù)標準規(guī)范要求,提出合理的優(yōu)化級配的方式。對配合比進行不斷的驗證實驗,選擇較為合理的配合比,能夠使得瀝青混合料抗滑性能較好,并且內(nèi)部的構(gòu)造比較大,具有良好的耐久性,全面提升高速公路瀝青路面耐久性,防止出現(xiàn)早期破壞。

        5.3 提高瀝青混合料的壓實度

        在瀝青的上部面層中采用密實性瀝青混凝土,空隙率為3%~4%,壓縮后的空隙率不能大于6%。瀝青混合料鋪筑過程中,選擇較好的壓實設(shè)備。由于馬歇爾試驗在成型溫度時具有變異性,因此,可以利用最大理論密度來控制混合料的壓實度,控制標準不小于馬歇爾實驗的96%[3]。

        5.4 改善結(jié)構(gòu)設(shè)計

        可以將半剛性基礎(chǔ)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合路面形式,在半剛性基層與柔性瀝青混凝土路面之間,增加級配碎石或者是級配混凝土的過渡層,這樣就能夠有效降低基層的開裂對于面層所造成的影響。需要有效改善路面的排水設(shè)施,廣泛采用透水層進行排水,在路面附近要設(shè)置排水管道,使得在內(nèi)部蓄積的自由水能夠快速排出面層,減少對結(jié)構(gòu)層的破壞。要對路面排水設(shè)施進行經(jīng)常性的養(yǎng)護,維持良好的使用性能,減少路面破壞性,這樣就能夠有效提升路面的使用壽命。當路面出現(xiàn)早期的破壞或者是裂縫時,需要及時進行養(yǎng)護和修補,有效提升路面的使用性能。

        6 結(jié)語

        本文對高速公路瀝青路面耐久性的影響因素進行分析,探討了瀝青路面早期損壞的類型以及原因,并且根據(jù)工程實踐以及研究,提出了解決瀝青路面早期破壞的主要措施,希望給相關(guān)研究人員提供借鑒和參考,以提升高速公路瀝青路面質(zhì)量。

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