沥青路面病害类型及防治措施(车辙、低温开裂).ppt

沥青路面破坏类型及防治措施 车辙 低温开裂 组员 夏杨嘉玲赵地周勇廖晓帆 由于沥青混凝土路面具有表面平整 行车舒适 耐磨 噪音小 施工周期短 养护维修简便等优点 被广泛的应用于各等级道路中 国内大部分高等级公路都采用沥青类路面结构形式 但沥青路面也不可避免的存在着一些不足之处 在长期使用 轴载增加 持续高温 降雨频繁等各类因素的影响下 沥青路面会产生车辙 表面磨光 松散剥落 裂缝 水损害等病害 裂缝 坑槽 波浪松散 车辙 车辙 车辙是沥青路面在汽车荷载反复作用下产生竖直方向永久变形的累积 车辙一般发生在高温季节 在行车荷载的作用下 沥青面层进一步被压密 挤压使轮迹带下沉 沥青混合料也可能在剪切力的作用下横向流动 在两侧隆起 车辙形成机理 根据车辙的形成原因 可将车辙分为四种类型 失稳型车辙 结构性车辙 磨耗性车辙 压密性车辙 失稳型车辙 沥青路面处于高温状态时 在行车荷载作用下其内部材料发生横向流动变形 这种变形主要发生在重载车辆车轮经常作用的部位 两侧隆起 呈W型 主要由于沥青混合料的高温稳定性不足造成 看是一种槽沟 2 结构型车辙 这种车辙主要由于路基 路面基层强度不足引起的永久变形 它的特点是宽度比较大 两侧没有隆起现象 横断面呈凹陷 我国采用半刚性基层较多 基层强度足够 因此这类车辙较少发生 3 磨耗性车辙 由于沥青路面结构顶层的材料在车轮磨耗和自然环境因素作用下持续不断的损失 这种车辙主要为汽车磨耗造成的 比如 车辆在雨雪天气里 为防止轮胎打滑 在车轮上加防滑链或使用镀钉轮胎 多发生在我国北方寒冷地区 4 压密性车辙 在沥青路面的铺筑过程中由于没用充分的压实 或是因为混合料设计不当 在开放交通后轮迹带下的沥青面层继续受到压实 产生压密变形 二 车辙的影响因素 1 内因 1 沥青混合料沥青路面车辙主要是由于沥青混合料的塑性剪切变形不断累积形成的 而沥青混合料的抗剪强度主要由粘结力 内摩擦力提供 c tan 沥青混合料的粘结力影响因素沥青标号和高温粘度沥青的感温性沥青与矿料的粘结力沥青矿粉比和矿粉种类沥青用量沥青混合料的级配和密实度外掺剂的种类和用量 沥青混合料的内摩擦力影响因素矿料最大粒径碎石强度 表面粗糙度和颗粒形状沥青用量沥青混合料的级配和密实度 2 路面结构种类基层类型 沥青路面厚度等因素也影响着沥青路面的抗车辙能力 基层类型 对于刚性和半刚性基层沥青路面 90 的路面车辙源自沥青混合料面层 对于柔性基层沥青路面 如沥青稳定碎石基层 基层也会产生一定的永久变形 沥青面层厚度 一般认为沥青面层越厚 路面车辙越大 但路面车辙并不是随面层厚度增长而线性增大 当沥青面层达到一定厚度后 路面车辙基本不再增长 2 外因 1 施工质量沥青混合料的施工温度沥青混合料的压实度 2 交通条件行车荷载交通量与渠化程度荷载作用时间路面温度及持续时间 3 气候条件气候条件主要包括太阳辐射 气温 风速 降雨量和蒸发量等 太阳辐射和大气温度是决定路面结构层内温度状况的两个主要因素 而温度主要影响沥青混合料的劲度和强度 有研究表明 在40 60 范围内 沥青混合料的温度每上升5 其变形将增加2倍 三 沥青路面车辙防治措施 1 车辙预防 1 材料选择沥青 集料 沥青沥青的针入度越小 混合料的粘结力越大 沥青混合料的抗车辙能力越强 粘度越高 稠度越大 混合料的强度越高 沥青混合料的抗车辙能力越强 所以适当选择粘度较高 针入度较小 软化点较高的沥青 高温抗变形能力较强 有利于提高沥青混合料的抗车辙能力 或者可以考虑在沥青中加入抗车辙剂 界面改性剂 如上表 70号沥青比90号沥青针入度小 软化点高 含蜡量低 抗车辙能力更强 集料集料质量好坏直接影响到沥青混合料的强度 采用坚硬 粗糙 形状接近立方体 棱角性好 与沥青粘附性好的洁净粗 细集料 2 配合比设计级配较粗的级配相对于较细的级配具有更好的抗车辙能力 但级配过粗反而影响沥青混合料的高温稳定性 密级配的沥青混合料抗车辙性能相较于开级配混合料稳定 石料对强度的影响贡献率占70 80 因此适当增加碎石用量可提高沥青混合料的抗车辙性能 沥青用量在沥青对沥青混合料的高温稳定性的影响方面 沥青含量的影响比沥青本身特性的影响更重要 对于细粒式或中粒式密级配沥青混合料 适当减少沥青用量可提高混合料抗车辙性能 对于粗粒式或开级配沥青混合料 需综合考虑级配 集料对沥青的吸收性 集料与沥青之间的粘结力 混合料的孔隙率等 不能简单的减少沥青用量 3 施工质量控制保证现场试验数据完整和准确材料 性能 经济考虑下确定标准配合比沥青混合料对温度敏感性高 在拌合 摊铺 压实时严格控制温度协调压实度 均匀度 平整度和构造深度等指标确保路面基层的施工质量 4 道路开放后养护管理对沥青路面进行定期养护维修 如在高温时间段对路面进行洒水降温等 2 车辙处理措施由于基层强度不足 水稳定性不好 使基层局部下沉而造成的车辙 应先处治基层 因面层与基层间有不稳定的夹层而形成的车辙 应将面层挖除 清除夹层后 重做面层 对于车辙只发生在沥青面层的 要根据各面层的变形情况采取相应的治理措施 目前对于路面已发生流动性车辙 车辙深度在15mm以上的 波及到中 下面层 通常都采取铣刨面层 然后再重新铺筑沥青混合料的方式 铣刨的厚度要根据各层变形的具体情况 一般变形发生到那一层 铣刨到那一层 路面受横向推挤形成横向波形车辙 如果已经稳定 可将凸出的部分铣刨 在波谷部分喷洒或涂刷粘结沥青并填补沥青混合料并找平压实 对于车辙深度不太大 一般仅限于小于40mm以下 且下面各结构层比较稳定的情况 可以采用微表处的方式进行处理 微表处为用适当级配的石屑或砂 填料 水泥 石灰 粉煤灰 石粉等 采用聚合物改性乳化沥青 外掺剂和水 按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料 将其均匀地摊铺在路面上形成沥青封层 它一般适用于旧路面车辙深度不大于15mm的情况 超过15mm的必须分两层铺筑 或先用V形车辙摊铺箱摊铺 沥青路面病害类型之低温开裂 概述 沥青是一种温度敏感性材料 温度的变化会使其力学性能发生很大的变化 夏季 温度的升高会使其强度显著降低 导致车辙和波浪等病害发生 随着温度的降低 沥青混合料的强度和劲度都会明显增大 然而 其变形能力却会显著下降 并会出现脆性破坏 和水泥混凝土路面相比较 沥青路面由于材料具有一定的应力松弛特性 因而在变形能力方面具有一定的优势 为此 沥青路面不具有接缝 但是随着温度的降低 材料明显变 脆 这种柔性逐渐丧失 由于公路是一种露天构筑物 在外界条件诸如水温状况发生变化以及在外界车辆荷载的重复作用下 结构会不可避免的出现路基及基层的压密 路基的不均匀沉降及不均匀冻降等形变 材料的变脆会使路面结构产生裂缝 初期产生的裂缝对沥青路面的使用性能并没有明显的影响 只是有损美观 但是随着表面雨水和雪水的进入 导致裂缝两侧的路面结构层 特别是裂缝附近土基的含水量增大 甚至饱和 其结果是路面强度明显降低 在大量行车荷载的反复作用下 产生冲刷和唧浆现象 从而使裂缝发展成为网裂 龟裂而使路面很快产生结构破坏 沥青路面的低温裂缝很普遍 不但在北方冰冻地有 在南方非冰冻地区也有 只是裂缝的轻重程度不同 单位长度内裂缝的条数或单位内裂缝的长度和裂缝的宽度 由于我国在各个地区沥青路面比较普遍 而且我国沥青路面所用沥青多是质量不好的渣油和国产多蜡沥青 此外 我国沥青路面大多铺筑在收缩性很大的半刚性基层上 因而我国的沥青路面上的裂缝特别严重 开裂类型 一 柔性路面低温开裂 对于柔性路面的低温开裂国内外已经积累了比较丰富的经验 概括起来可以分为以下几点 1 当沥青面层的温度达到某一负值时 开裂从表面开始 并向下发展到穿过整个沥青混凝土层 少数情况裂缝向下传播极快 裂缝穿过沥青混凝土层可以说是瞬间的 在许多情况下 特别是在沙土土基层 出现在表面的低温裂缝向下传播不超过5cm 2 沥青的品种和等级是影响沥青路面开裂的最重要的因素 实验证明 用高粘度 温度敏感性低 针入度150 200的沥青铺筑的实验路 使用五年后无横向裂缝 而用低粘度沥青铺筑的实验路产生了很多裂缝 国内研究表明 沥青低温延度及针入度越大 其开裂温度就越低 其中低温延度比针入度对开裂温度的影响更为显著 3 沥青面相同情况下 在沙土土基上的沥青路面的裂缝比粘土土基上的沥青路面的裂缝要密 4 有厚沥青结构层的路面 单位长度内的横缝较少 用低粘度150 200针入度沥青所做的全厚式沥青路面 25 4cm沥青混凝土 粘土土基 的裂缝只有 10 2cm沥青混凝 40cm粒料基层 粘土基层 结构的路面裂缝的40 5 沥青含量 在马歇尔实验最佳用量 1 0 5 范围内 不明显影响路面的横缝产生频率 6 添加水泥填料以及改善集料级配对横缝无明显影响 半刚性沥青路面低温开裂 在寒冷和教寒冷的地区 一旦气温大幅度降 在沥青面层中会产生较大的温度梯度 通常情况下 大幅度温度下降还往往会伴随着大风 在大风降温过程中 直接与大气接触的面层的表面温度会迅速下降 其温度比低温会低的多 温度向沥青面层底部传递是需要一定的时间的 而且沥青面层内部和底部的温度不可能和暴露在外面的表面的温度相同 而是始终有一温差 沥青面层越厚 表面温度与底面温度之差就越大 同时 表面温度的温度变化率大于沥青面层内部的温度变化率 当然更大于沥青面层底部的温度变化率 在大风降温的过程中 沥青面层的表面产生的温度收缩应力最大 一旦这个应力超过沥青面层混合料的抗拉强度 面层的表面就会首先开裂 三 反射裂缝 在已经开裂的老沥青路面或者在有接缝的水泥混凝土路面上加铺沥青面层后 原先的裂缝会在新铺沥青路面的相同位置重新出现 由于以往研究下层裂缝为何会在新铺面层上出现时 主要是考虑了行车荷载作用而得出的结论 下层裂缝引起裂缝上方面层底面首先开裂并逐渐向上穿透直到表面 因此 习惯上称之为反射裂缝 国内外研究表明 半刚性路面的反射裂缝和对应裂缝主要是温度引起的 路面低温开裂机理 当气温寒冷或冷热交替 特别是气温急剧下降时 在路面结构内产生温度梯度 沥青混凝土路面材料产生温缩变形 由于沥青路面没有收缩裂缝 收缩变形趋势会受到基层对面层的摩擦阻力和路面无限板体等边界约束作用 收缩变形不能自由发生 使沥青混凝土内部产生拉应力 即温度应力 起始这个拉应力较小 随着温度进一步降低 使其温度应力逐渐积累 在常温下 沥青混合料属于粘 弹 塑性材料 具有应力松弛特性 在低温情况下 沥青混合料呈弹性 当出现寒流或寒潮时 过快的降温速率 过大的温度梯度 以及沥青混合料应力松弛能力降低 将使路面结构内的温度应力来不及松弛 出现过大的应力积累 当温度应力积累到一定程度 超过沥青混合料的极限抗拉强度时 路面就将出现低温开裂 沥青面层的表面一旦开裂 随着持续低温或另一次降温的到来 在裂缝尖端会产生较大的应力集中 使裂缝向下延伸并逐渐穿透整个沥青面层 由于面层底部与基层表面的粘结作用 裂缝呈现上宽下窄现象 路面开裂随着使用年限的增加 沥青混合料的劲度模量也同时增加 所以还会产生新的裂缝 从而裂缝间距缩短 裂缝不断加宽 开裂会越来越严重 一旦沥青面层已经开裂到底 在持续低温或以后的重复降温过程中 面层的裂缝要继续拉开 使裂缝下基层顶面产生一个附加集中拉应力 此拉应力加上半刚性基层本身的低温收缩应力就可能超过半刚性材料的抗拉强度 这两个力的反复作用都可能使半刚性基层逐渐开裂 并逐渐向基层深入 沥青路面低温开裂的影响因素 1材料因素的影响 沥青材料的性能 在沥青性能指标中 影响最大的是温度敏感性 温度敏感性大的沥青更容易开裂 沥青混合料的低温劲度 沥青混合料的低温劲度是决定沥青路面是否开裂的最根本因素 沥青混合料的温度收缩系数 该系数直接影响沥青路面的开裂性能 很多横向裂缝主要就是由沥青面层的温度收缩引起的 2路面结构的影响 路面厚度 工程实践证明 沥青混凝土层越厚 低温缩裂的可能性就越小 为此 德 法 英等国家都通过适当增加面层厚度这一措施来减少裂缝 基层材料种类 有关资料表明 缩裂程度因基层材料类型而异 即基层的温缩特性对路面缩裂有非常大的影响 材料温缩系数越大 缩缝越多 3环境因素的影响降温是产生沥青路面温缩裂缝的直接起因 降温速率越大 混合料收缩应变速率越大 材料的应力松弛性能越难发挥 积聚温度应力越高 越容易产生开裂 尤其初冬季节的大幅度连续降温过程更应引起注意 另外温度高低 低温持续时间 温度变化循环次数也对沥青路面的低温开裂有一定的影响 4时间的影响随着路龄的不断增加 裂缝宽度逐渐加大 裂缝间距逐渐缩短 这是由于沥青老化 劲度增高 极限拉伸应变减小及温度反复作用疲劳的结果 但是这些一般在开始几年比较明显 3 5年后便趋于稳定了 5交通荷载的影响温度收缩裂缝主要是由温度引起的 所以在交通量小的慢车道 路缘带 自行车或行人专用道路 人行道也时有发生 由于荷载的搓揉压实 交通量大的路段温缩裂缝开始的时候可能会比较少 但随路龄的增长 车辆荷载的反复疲劳作用将使裂缝增长 加快 缝距缩短 6施工的影响施工时 沥青层在高温和低劲度条件下 采用钢轮压路机碾压时 会造成横向施工缺陷 路面降温时 就会在施工缺陷处形成裂缝 控制裂缝产生的措施 材料方面 不同油源决定了沥青