浅析沥青路面早期病害特征及其产生原因[权威资料]

浅析沥青路面早期病害特征及其产生原因 本文档格式为 WORD,感谢你的阅读。 摘要：沥青路面早期病害原因很多、且很复杂。本文从设计、施工、材料、环境、荷载等方面、结合实际工作经验，对造成沥青路面早期病害的因素及特征进行浅显探讨。希望能够促进业内同行对沥青早期病害有更系统的认识，为沥青路面早期病害的识别提供借鉴。 关键词 :沥青路面病害特征原因 TU535 A 沥青路面早期病害是指：沥青路面在设计寿命期前 1/4至 1/3 期间 内（设计年限：高速公路、一级公路 15 年；二级公路 12 年；三级公路 8 年；四级公路 6 年），所发生的过早的各种形式的路面破坏。尤其近年来随着公路交通事业的迅猛发展，交通量迅速增长，载重车辆比例增加，车辆超载现象严重，致使一些路面使用质量和寿命达不到应有的水平。即影响了公路交通运输，又造成巨大的经济损失。下面就沥青路面早期病害作如下浅显探讨： 1 沥青路面病害特征 1.1 横向裂缝 与道路中心线近于垂直的裂缝，有的还伴有少量支缝。横向裂缝多由基层或路基裂缝的反射或由低温收缩造成的；最初多 出现于路面两侧，逐渐发展形成贯通路幅的横缝。 图 1 由基层或路基反射横向裂缝图 2 低温收缩横向裂缝 1.2 纵向裂缝 与道路中心线大致平行的长直裂缝，有时伴有少量支缝。这类裂缝通常由路基、基层沉降，或施工接缝质量或结构承载力不足引起。路基、基层沉降引起的纵缝，通常断断续续，绵延很长。施工搭接引起的纵缝，其形态特征是长且直。结构承载力不足引起的纵缝多出现在路面边缘或轮迹带，由于路基湿软造成承载力不足，从而导致纵缝。 图 3 路基、基层沉降引起的纵缝 图 4 结构承载力不足引起的纵缝 1.3 块状裂缝 近于直交的裂缝，把路面分割成近似矩形的小块；块的尺寸约在 5050 300300cm 之间。大于 300cm 见方的块通常以纵向、横向裂缝计。块状裂缝主要由面层材料的收缩和温度的周期性变化所致，与荷载的关系不大。它的出现，标志着沥青已显著老化。块状裂缝有时是大面积出现的，覆盖整幅路面，尤其是在交通量很小的路面上，且这些路面的强度通常不低。 图 5 块状裂缝 1.4 龟裂 相互交错的裂缝将路面分割成形似龟纹的锐角多边形小块，块的尺寸小于 5050cm 。 龟裂是行车荷载的重复作用而引起的疲劳裂缝，其最初形态是一条或几条平行纵缝。随着荷载重复作用次数的增加，平行纵缝间出现了横向、斜向连接缝，形成了多边的、锐角的、形似龟裂的裂缝形式。龟裂只发生在承受重复行车荷载车道上，通常不会出现在整个路幅宽度上，除非交通非常繁重。龟裂是一种主要的结构损坏形式。 图 6 龟裂 1.5 滑移裂缝 月牙形裂缝，其两端通常指向行车方向；路基失稳或车辆刹车或转弯时造成面层的滑移和变形，从而出现滑移裂缝。 图 7 滑移裂缝 1.6 车辙 1.6.1 结构型车辙 由于荷载作用超过路面各层的强度，发生在沥青面层以下包括路基在内的各结构层的永久变形。这种车辙宽度较大，两侧没有隆起现象，横断面成凹字形。 1.6.2 失稳型车辙 在高温条件下，车轮碾压反复作用，荷载应力超过沥青混合料的稳定度极限，使流动变形不断累积形成车辙。这种车辙一方面车轮作用部位下凹，另一方面车轮作用甚少的车道两侧反而向上隆起，在弯道处还明显往外推挤，车道线或者停车线因此可能成为变形的曲线。 1.6.3 压密型（磨损型车辙） 由于车辆不断碾压或磨损地面，特别是大量重 型超载车辆渠道化的行驶在主车道上，容易出现碾压或磨损路面也会形成车辙。 图 8 三种车辙破坏形式 图 9 结构型车辙 图 10 失稳型车辙 图 11 压密型车辙 1.7 波浪（搓板） 路表面有规律的纵向起伏，由沥青混合料的热稳定性不足引起，常发生于车辆启动或制动区域。 图 12 波浪（搓板） 1.8 沉陷 沉陷是路面变形中最普遍的一种，特点是面积大，涉及的结构层次深，主要出现在挖方段和填挖交界处。其产生的主要特征是： 1.8.1 土质路堑排 水不畅，路床下部路基过湿润而产生不均匀沉降，引起路面局部下沉； 1.8.2 路面强度不能适应日益增长的交通量，易发生疲劳破坏： 1.8.3 路基或基层强度不足或填挖路基强度不一致，在车辆荷载作用下，路基或基层结构遭破坏而引起沉陷； 1.8.4 桥头路面沉降不均匀而引起沉陷并与桥面发生错位。 图 13 轻微沉陷 图 14 严重沉陷 1.9 拥包 拥包形成有三个阶段：第一阶段平整度有很小的变化，需仔细观察才能发现，路面出现波浪式皱纹；第二阶段平整度明显变差路面出现 一个挨一个的直径 5cm20 cm 的小疙瘩；第三阶段是开裂、推移、拥包阶段其形成的原因是： 1.9.1 施工质量导致路面上下层粘结不好；沥青混合料摊铺不匀，局部细料集中； 1.9.2 基层或下面层未压实，强度不足，发生变形位移； 1.9.3 陡坡或平整度较差路段，沥青面层混合料易在行车作用下向低处聚积形成拥包。 图 15 未产生其它病害的拥包图 16 引起松散的拥包 1.10 泛油 路表面形成一层有光泽的、玻璃状的沥青黏膜，是混合料中沥青含量过多或空隙率太小以 及混合料不均匀性所致。 图 17 远观泛油图 18 近观泛油 1.11 松散（麻面） 其症状为沥青混凝土中沥青与集料的粘结力作用逐渐下降并丧失，在车辆荷载作用下使沥青混凝土表面层呈松散状态，面层中的集料颗粒脱落，粗细集料散失起砂，路面磨损，路表粗麻，多处微坑，表层剥落，路面外观质量差，行车不适。如不及时治理，它会从路表面向下不断发展，以致形成坑槽。 图 19 麻面图 20 松散 1.12 坑槽 面层混合料失散后使路表出现不同大小的坑。 1.12.1 压实不 足性坑槽 施工时混合料温度太高，使沥青老化，粘结性降低、脆性增加，导致压实不够，粘结不牢，在行车荷载的作用下，形成坑槽；还有一种情况是混合料温度太低，摊铺不均匀，压实不充分，施工时杂物掉进混合料中均是形成坑槽的因素。 1.12.2 厚度不足性坑槽 路面下面层局部标高控制不严，导致沥青上面层个别地方厚度不够，在行车作用下，部分混合料易被带走，形成坑槽。 1.12.3 水损害性坑槽 -沥青路面早期破坏中最常见的坑槽，其形成过程如下：在开始阶段，水份侵入沥青和集料的界面，以水膜或水汽的形式存在， 影响沥青与集料的粘附性；在反复荷载的作用下，沥青膜与集料开始剥离；渐渐的，路面开始麻面、松散、掉粒；最后形成坑槽。 图 21 坑槽 1.13 翻浆 交通量大，重渠化交通使路面轮迹部位承受高频率动载作用，形成了翻浆的外部条件；混合料施工均匀性差，容易产生局部离析，导致路面渗水；面层渗水滞留在基层顶面，在荷载作用下使基层的局部松落形成灰浆，从路面的缝隙向上挤出，在沥青路面上形成了白色的翻浆。 图 22 翻浆 2 病害出现总体原因分析 2.1 气候的影响 极 端最低温度、降温速率、低温持续时间、高温持续时间、升温降温循环次数是影响沥青路面温缩裂缝、老化和高温稳定性差的五大因素。在冬季气温剧降时，沥青材料开始收缩，当沥青面层中产生的收缩拉应力或拉应变超过沥青混合料的抗拉强度或极限拉应变时，沥青面层就会产生低温收缩裂缝；由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳 ,使沥青混合料的极限拉伸应变变小 ,加上沥青的老化使沥青硬度增高 ,应力松弛性能降低 ,最终达到极限抗拉强度使路面产生温度疲劳裂缝；沥青路面具有高温软化特性 ,尽管设计及施工中尽可能降低沥青用量 ,最大限度地利用骨料级配 增大高温稳定性 ,但在持续高温情况下，在车辆长期作用下依然会产生变形和车辙。泛油一般出现在高温天气 ,由于气温升高而导致沥青软化点的不适应。 2.2 水产生的破坏 沥青面层破坏的一个很重要的原因是水所引起的，沥青面层中水的来源有地面降水和路基中挤上来的水。由于水渗透入表面层后滞留在表面层下部和与下层的交界面上，因此沥青剥落总是从层的底面开始逐渐向上扩展。一旦层下部较大碎石上的沥青被剥落下来，下部沥青混凝土就会失去强度，在行车荷载的作用下，面层产生网裂和变形。特别在降雨过程中和雨后行车道上的 局部网裂，在行车的作用下，会逐渐松散，松散的石料被车轮甩出并形成坑洞。 2.3 设计存在的问题 2.3.1 结构设计不合理。如基层厚度不够，面层分层设计不当，面层厚度不合理； 2.3.2 路面、基层、底基层排水设计考虑不周； 2.3.3 路面所处路段土质和水文情况与实际出入大，使得路面设计参数不符合实际； 2.3.4 地基处理设计不合理，使得地基沉降未达到允许的工后沉降等。 2.3.5 设计时未充分考虑车辆超载现象。由于受经济利益的驱动 ,载货车辆中 ,80%有 超载现象 ,正是这部分超载车辆加速了路面的破损 ,促使路面开裂、推拥 ,甚至局部下陷。在路面设计中 ,没有考虑到超载的问题 ,使得设计中得不到准确轴载 ,造成设计年限内累计标准轴载出现与事实不相符的情况。这样 ,对于一些道路而言 ,从一开始就降低了累计标准轴载的数量 ,使得设计弯沉值偏大 ,基层、低基层的拉应力偏小 ,造成路面整体刚度不足 ,导致路面提前破坏。 2.4 施工方面问题 施工队伍经验不足，施工设备不强，再加多数工程施工时间紧，使得由于施工质量而造成路面早期破坏的情况较为普遍。主要突出在：软土地基沉降、 路基压实度不足和稳定性差、路面基层施工质量低劣、沥青面层施工缺陷等方面。 2.5 沥青混凝土配合比设计存在的问题 2.5.1 沥青混凝土配合比设计按规范要求应经过三个阶段 ,即目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段及验证阶段 ,各阶段对要达到的目的都有明确的要求 ,在施工时 ,有的单位压缩一至二个阶段 ,有的干脆凭经验进行施工。因此 ,从理论和实践来讲存在较大的偏差 ,从而导致沥青混凝土内在质量存在先天不足。 2.5.2 配合比设计时未充分考虑工程所在地材料特性、交通类型、气候的特点、施工水平以及 投入施工设备性能和数量，就盲目按照施工技术规范和试验规程进行配合比设计，结果导致配合比的不适应，埋下了早期病害的隐患。 2.5.3 设计时沥青用量的多少也是产生病害的重要因素。当沥青用量教正常用量减少时，沥青膜变薄，则混合料的延伸能力降低，脆性增加。同时因沥青用量偏少，混合料的空隙率增大，沥青暴露于不利环境因素的可能性加大，加速老化，同时还增加了水浸入的机会，造成水损害。当沥青用量教正常用量增大时，强度和高温稳定性就会随之降低，特别是在高温的条件下或长时间承受荷载作用时会产生明显的泛油和变形，变形中 的一些不可恢复的部分累计成为车辙，或以波浪和拥包的形式表现在路面上。 2.5.4 设计时填料选择和用量也是导致病害因素之一。在沥青混合料中，矿质填料通常是指矿粉，其他填料如消石灰、水泥常作为抗剥离剂使用，粉煤灰则使用很少，在我国由于粉煤灰的质量往往不稳定，一般不允许在高速公路、一级公路上使用。矿粉在沥青混合料中起到重要的作用，矿粉要适量，少了不足以形成足够的比表面吸附沥青，矿粉过多又会使胶泥成团，致使路面胶泥离析，均会导致沥青早期病害。 2.6 沥青混凝土的摊铺碾压的问题 2.6.1 现在摊铺设备断面加宽 ,沥青混合料从中间通过螺旋输送到两侧 ,由于距离大 ,必然产生离析 ,这种离析改变了沥青混凝土生产配合比 ；其次 ,由于烫平板从机心向两侧悬臂较长 ,随着摊铺次数的增加 ,产生变形 ,对路面厚度、平整度、横坡的控制也有较大影响。另外运料车向摊铺机受料斗卸料不规范，产生温差离析，在正常的碾压过程中压实度难以达到要求 ,是路面发生松散、坑槽和渗水破坏的原因。 2.6.2 压实机械组合不合理、工序不规范，漏压、过压以及错过最佳碾压时间，均会造成压实度不足，导致空隙率偏大，水容易浸入，在车轮的荷载作用下 ，会产生松散、坑槽等早期病害。 2.7 沥青的问题 沥青混合料使用性能是受沥青结合料影响的，沥青质量的优劣与沥青路面的好坏有密切关系，直接影响到沥青路面的使用性能。尤其近年来公路上交通量和超载剧增，一般的沥青材料的品质已不能满足更重要交通的沥青路面结构需要。但在道路结构层的厚度设计、材料的使用上依然本着经济适用的原则 ,大多沥青路面依然采用国产沥青。由于国内石油品质及沥青炼制工艺流程的特点，致使路用沥青大多数含蜡量高，延度小，温度敏感性强，使得许多沥青路面面层结构在远小于使用寿命年限内出现损 坏。 2.8 矿料的问题 矿料质量的好坏直接影响到沥青混合料的路用使用性能，是沥青路面早期破损的主要因素。料均取自社会料场，各料场质量、规格参差不齐，使用时离析严重，混合料级配波动大，严重影响沥青路面施工控制，是较为严重的问题，突出的表现为：不洁净、针片状含量超标、级配差等，且相当部分为酸性石材，粘附性差。碎石的压碎值、磨耗值、针片状等指标不符合要求，对沥青混合料的强度和耐久性有极大影响。碎石与沥青的粘附性差，将造成沥青混合料的残留稳定度偏低，引起沥青路面早期剥落。 3 结束语 综上探讨可以看出来，沥青路面的常见病害处治是个不容忽视的问题，在路面施工技术日新月异的今天，诸多种新方法、新工艺被应用到施工中，大大的延长了沥青路面的使用年限，保证了车辆安全、舒适、经济地运行，公路路面一旦出现病害，维修起来不但费时费力，而且严重的影响了公路的正常使用，所以对公路路面的各种病害应该以预防为主。有效预防各种病害的发生，必须深入的研究各种病害的机理，从而在设计上、施工等环节中尽可能为消除病害