沥青混凝土路面早期病害成因分析及预防措施

1、题 目 沥青混凝土路面早期病害成因分析及预防措施 院（系） 专业学 号 学生姓名 指导教师 起止日期 设计地点 沥青混凝土路面早期病害成因分析及预防措施摘要:近年来，随着国家对高速公路建设投资力度的加大，我国的公路工程建设十分迅速，半刚性基层沥青混凝土路面已成为我国高速公路的主要路面结构形式。沥青路面的过早损害会对我国经济造成巨大的损失，因此，进行路面早期病害研究，找到防治早期病害的措施，对于促进我国公路发展具有重要意义。沥青混凝土路面早期病害主要包括水损害和车辙破坏等。早期病害的内部表现主要是沥青与集料之间粘结力的降低，但病害产生的原因是多方面的，如路面结构自身的缺陷、交通量迅速膨胀、车辆大

2、型化以及我国南北冬夏温差大、气候多变等。所以，想要从单一的方面解决早期病害的问题是不可能的。早期病害的防治具有预见性、前瞻性、主动性、合理性。本文阐述了中国高等级公路的发展过程，深入分析了各类早期病害的产生机理，并提出了沥青混凝土路面早期病害的综合防治措施。关键词：半刚性基层、沥青混凝土、水损害、车辙破坏。Genetic analysis and prevention measures of early diseases of asphalt concrete pavementAbstract: In recent years, along with the enlargement of th

3、e investment of highway construction, highway construction of our country is very quickly, semi rigid base asphalt concrete road has become the main pavement structure of expressway in China. the premature diseases of asphalt pavement will cause great dam

4、age to our economy, therefore, studying on premature diseases of pavement, finding premature diseases control measures, has important significance for promoting the development of highway in our country. Asphalt concrete pavement premature diseases mainly include moisture damage and r

5、utting damage, etc. Internal performance early diseases is mainly to reduce adhesion between asphalt and aggregate, but diseases are caused by many factors, such as the defects of pavement structure itself, the rapidly expansion of traffic, the scale of vehicles and the large tem

6、perature difference in summer and winter, the climate changing, etc. So, it is impossible  to solve the problem of early diseases from a single solution. the prevention of early diseases has foresight, prospective, initiative, rationality. This paper expounded the developmen

7、t process of high grade highway in China, analyzed the mechanism of production of various kinds of premature diseases of asphalt concrete, and put forward the comprehensive prevention and control measures of premature diseases.Key words: semi rigid base, asphalt concrete, moisture damage, rutting da

8、mage.目 录第一章 绪论11.1 研究意义11.2.1 国内研究11.2.2 国外研究：21.3 研究内容4第二章 中国高等级公路发展史52.1 我国高等级公路发展历程52.2 我国道路发展历程中的主要理论6第三章 半刚性基层沥青路面成为我国主要路面结构型式的原因分析73.1 半刚性基层的概念及主要特征73.2 半刚性基层的优缺点73.2.1 优点73.2.2 缺点73.3 半刚性基层成为我国高等级公路主要基层类型的原因8第四章 早期病害成因分析及防治措施94.1 概述94.2 水损害94.2.1 水损害现象的类型94.2.2 沥青混凝土路面水损害的形成机理104.2.3 影响沥青混凝土路

9、面水损害的主要因素114.2.4 沥青混凝土路面水损害的防治措施124.3 车辙破坏154.3.1 车辙的主要类型164.3.2 车辙破坏的形成机理174.3.3 影响车辙形成的主要因素174.3.4 关于抗车辙剂214.3.5 提高沥青路面抗车辙能力的主要措施22结论与展望24致 谢25参考文献26IV东南大学毕业设计论文第一章 绪论1.1 研究意义随着国家对高速公路建设的投资力度的加大，我国公路工程建设进展迅速，20世纪50年代以来，各国修建沥青路面的数量迅猛增长，所占比重很大。近年来，沥青路面广泛用于公路和城市道路，成为我国高速公路的主要路面形式。沥青混凝土路面使用沥青结合料，增强了矿料

10、间的黏结力，提高了混合料的强度和稳定性，使路面的使用质量和耐久性都得到了提高，此外，沥青混凝土路面具有足够的力学强度、一定的弹性和塑性变形能力、良好的与汽车轮胎的附着力、高度的减震性、不扬尘易清洗、维修工作简单、可再生利用等优点，因而获得了广泛的应用。但是，在大量的高等级公路建成并投入运营的同时，由于交通量迅速膨胀、车辆大型化以及我国南北冬夏温差大、气候多变等种种原因，全国各地都不同程度的存在这路面过早损坏的问题，给我国带来巨大的经济损失。因此，进行路面早期病害研究，找到早期病害的防治措施，对于促进我国公路发展具有重要意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内研究1.2.1.1 水损害我国在

11、“八五”国家科技攻关项目中设立了“道路沥青与沥青混合料的路用性能”专题研究。对于沥青与集料粘附性的评价，专题建议以静态水浸法作为评定沥青与集料粘附性的标准方法，并以剥落率为评定指标将沥青粘附性分为5个等级。针对沥青混合料的水稳定性评价则选取了浸水马歇尔试验以及冻融劈裂试验作为水稳性的标准试验方法，以马歇尔残留稳定度作为水稳性指标。 中国工程院院士沙庆林经调查研究发现，使用一年以上（1997年底前完成）的高速公路，不管是半刚性路面、刚性组合式路面还是刚性路面，都产生了程度不同的水损害。水损害的速度很快，性质非常严重，是路基路面的主要破坏因素，并分析认为，沥青路面产生水损害的外因是降水量、交通量和

12、交通组成以及行车速度，内因一是型沥青混凝土的空隙率较大和型沥青混凝土的压实度偏小，现场实际空隙率较大，以及沥青混凝土不均匀造成的局部空隙率更大；二是沥青与碎石的粘结力不足；三是我国的路面设计方法习惯上不考虑路面结构层排水和不设置有效防水层。1.2.1.2 车辙改革开放以来，我国在沥青路面方面通过三个五年计划的科技攻关，取得了较大进展，现概述如下：“六五”期间，主要针对我国生产的普通石油沥青进行了沥青混合料的部分性能及改性沥青的研究。在高温稳定性方面，用粘弹性理论计算（预估）车辙深度，用单轴蠕变实验确定有关参数。提出我国各个地区沥青使用温度。“七五”期间，主要针对我国重交通道路石油沥青单家寺沥青

13、的使用性能进行了较为系统的试验研究工作。在高温稳定性方面，沿用粘弹性理论计算车辙深度，并进行了车辙实验和快速加载实验。“八五”期间，借助美国SHRP计划，针对当前国产的七种沥青及其沥青混合料进行了全面系统的研究，提出符合我国不同自然区域道路实际使用状况与路用性能的沥青及沥青混合料的技术指标及相应的试验方法，主要包括高温、低温、水损坏和老化等几个方面，并提出初步技术标准建议值。1.2.2 国外研究1.2.2.1 水损害美国公路发展战略研究计划（SHRP）路面长期实用性能研究专家组和加拿大运输协会（Transportation Association of Canada）都曾经对沥青路面水破坏问题

14、进行专题研究。80年代末期开始实施了全世界瞩目的公路战略研究计划（SHRP）。发达国家对于沥青路面的水破坏问题从水损害的形成机理、影响因素、评价水损害的试验方法到水损害的控制和防治等各个方面都进行过研究，研究方向主要体现在以下几个方面：集料、添加剂、粘附性、剥落机理。评价水稳性的试验方法：国外的沥青混合料水稳性评价方法可大致分为两类，一类是将未经压实的松散沥青混合料浸于水中一段时间后，主管评价或利用仪器检查集料裹覆沥青膜的剥蚀程度，并据此作为判定混合料水稳性的依据。这类方法以水煮法、浸水法和光电分光度法为代表。另一类评价方法是将沥青混合料试件或芯样置于一定水侵蚀环境条件下，以某些物理力学指标的

15、衰变程度来表征混合料的稳定性。这类方法有劈裂试验、洛特曼法、改进的洛特曼试验、德克萨斯承台冻融试验、Tunicliff-Root试验、浸水车辙试验等。防治水损害的应用性研究：如何对路面结构进行设计以使路表和路面结构内部的水迅速排除以减少水损害的发生是近年来国外研究的方向之一。1.2.2.2 车辙早在 1962 年美国AASHO试验路研究期间，对车辙路段进行了开挖，Hofstra提出的报告认为产生车辙的主要原因是剪切应力，由此结果推荐使用高强度的路面材料。1987年Eisenmann的报告指出，沥青层的组成为5cm18cm，出现的车辙表现出轮胎下方下沉量(体积)要大于两侧隆起的体积，说明车辙的初

16、期阶段主要是压密造成的。而在此以后，车轮的下沉逐渐与两侧隆起的体积平衡，说明压密已经完成，车辙是由流动产生的。Hofstra还指出沥青路面的变形在路表面最大，越向下越小，这一方面是下部抵抗塑性流动变形能力强，同时也是因为下部的剪切应力小的缘故。根据AASHO试验路测定，车辙深度随沥青层厚度的增加而增加，到25cm就达到极限，沥青面层再加厚车辙深度也不再增加。1990 年Krugler将车辙问题主要分为3种类型：路面上过大的交通固结；由于沥青混合料稳定性不佳引起塑性变形；由表层下沥青剥离引起的不稳定。在SHRP计划资助下，1994 年Sousa等提出了确定沥青混凝土路面潜在永久变形的简捷方法，其

17、中包括两种机理：体积减小和体积不变。前者通常出现在交通初始阶段，轮胎下不可回复变形的体积增加超过隆起区的增加。因此在初始阶段，交通压密是永久变形的主要影响因素，它可使施工时的9的空隙率降至23。后者代表了绝大部分路面寿命的变形行为，此阶段轮胎下体积减少与毗邻隆起区体积增加相等，主要是由于沥青混合料上层过大的应力而产生塑性流动引起的。美国SHRP-A-318 (1991)的研究报告认为车辙是行车的压密变形和沥青混凝土横向流动变形共同作用的结果。大部分来自于剪切变形，主要原因为表面层的沥青层承受了过大的应力，剪切变形受温度的影响较大。美国国家沥青技术研究中，NCAT (National Cente

18、r of Asphalt Technology)在1992年对美国14个州42条主干道路进行了调查，辙槽试验显示沥青路面的车辙主要发生在面层，并且多集中在顶部7.610.2cm (34in)的范围内，而因为基层缺陷导致的车辙几乎没有。Epps等人(1998年)对美国的AASHTO和WesTrack试验路进行了长期的观察研究，发现当基层强度足够时，剪切流动变形是车辙的主要原因而不是压密变形。面层厚度为15cm (6in)时，车辙局限于表面的57.5cm(23 in)。Wael Bekheet、Kaloush、Witczak M W(2002年)总结前人的结论认为：当基层强度足够的时候车辙主要产生

19、于沥青面层，其机理为沥青混凝土的剪切流动变形。并把车辙分为两个阶段，第一个阶段认为车辙是各结构层(主要是土基)垂直变形的累积，因而更强调压实工艺；第二阶段认为车辙与各层材料的稳定性有关，主要是沥青混凝土的剪切变形。1.3 研究内容半刚性基层沥青路面是我国高速公路的最主要结构型式，半刚性基层沥青路面也存在开裂、坑槽、唧泥等早期病害现象，带来很大的经济损失。本文结合我国高等级公路的发展历史和条件，分析为什么半刚性阶层沥青路面会成为我国最主要的路面结构型式，最后分析早期病害产生的主要原因和防治措施。主要研究工作如下：（1） 阐述我国高等级公路的发展史；（2） 分析为什么半刚性基层沥青路面会成为我国的

20、主要路面结构型式；（3） 分析早期病害产生的原因并提出防治措施。第二章 中国高等级公路发展史2.1 我国高等级公路发展历程图2.1 2008年我国高速公路网布局方案1978年，尽管我国已经拥有89万公里公路，然而，它基本上是20世纪50年代的底子，40%达不到最低技术等级，属等外公路；46%是通过能力很低的四级公路；一级和二级公路达不到2%1。1988年，我国第一条高速公路沪嘉高速公路建成，上海至嘉定高速公路是我国第一条按照高速公路工程技术标准设计施工的高等级公路，全长18.5公里，全路设计行车时速120公里，双向四车道，中央分隔带宽3米，全封闭，全立交，沿线建有大型互通式立交桥3座，设有完整

21、的交通标志标线和交通监控系统。沪嘉高速公路的建成，结束了我国大陆没有高速公路的历史，对其他地区高速公路的建设也起到了推动示范作用。1989年7月，第一次全国高等级公路建设现场会在沈阳召开，这次会议是专题研究高等级公路建设的第一次会议，提出了今后建设高等级公路的十条政策措施。1990年9月，沈大高速公路通车沈阳至大连高速公路全长375公里，连接沈阳辽阳鞍山营口大连5个城市，是当时公路建设项目中由我国自行设计自行施工，规模最大标准最高的工程，开创了我国建设长距离高速公路的先河，为90年代大规模的高速公路建设积累了经验。1993年6月交通部在山东召开了全国公路建设工作会议，明确了建设两纵两横三个重要

22、路段的国道主干线任务从1993年至1997年的5年中，全国高速公路建设速度加快，共建成高速公路4119公里，京津塘济青京石首都机场太旧郑开等一大批高速公路相继建成通车。1993年京津塘高速公路通车，这是我国第一个经国务院批准利用世界银行贷款建设的跨省市的高速公路工程，全长142公里，时速120公里，设置监控、通信、收费、照明等服务设施。通过修建这条公路，我国制定了第一个高速公路工程技术标准。1993年底济青高速公路通车，西起济南，东至青岛，全长约318公里，双向四车道，设计时速为110公里。1995年12月成渝高速公路开始通车，全长达到340公里。1996年9月沪宁高速公路通车，江泽民同志题写

23、路名，公路全长275公里，双向四车道，设计时速120公里，在中国高速公路发展史上具有里程碑的意义，极大地推动了中国高速公路的发展。1997年下半年，党中央国务院在福州会议上作出了实施积极财政政策加快基础设施建设扩大内需的决策，决定在1998年加快公路建设。1998年，我国高速公路总里程达到8733公里，居世界第四。1999年，我国高速公路总里程突破1万公里，接近世界第三水平。2000年12月18日，京沪高速公路通车。2000年底，全国高速公路总里程达到1.6万公里，居世界第三位。2006年底，全国高速公路总里程达到4.54万公里，位居世界第二，仅次于美国。2013年，全国高速公路达到了10.6

24、4万公里。2.2 我国道路发展历程中的主要理论“强基薄面”理论是我国高等级公路发展前十年中的主导理论，最初是由中国工程院院士沙庆林提出的。路基是公路的基础，承受着巨大的压力，如果路基没有足够的承载力，那么路面做得再好也无济于事，这就是这里强调的“强基”；路面基层是传递并承受力的中间部份，应有足够的强度和厚度，有足够的承载力，是“强基”的另一内容；路面面层是车轮直接作用的结构层，起磨耗和封水的作用，在“强基”的情况下可以做得薄一些，也就是所说的“薄面”。“强基薄面”就是通过认真处治原路基病害，合理选择底基层、基层结构，适当增加基层厚度，切实做好基层封水，提高基层的整体强度和稳定性，同时采取技术措

25、施保证面层与基层紧密结合，以减薄沥青面层厚度，提高沥青路面大修工程质量和投资效益，降低养护成本。“强基薄面”是相辅相成的，在“强基”的基础上才可以“薄面”，在“薄面”的同时必须进行“强基”，不能片面强调“强基”或“薄面”。第三章 半刚性基层沥青路面成为我国主要路面结构型式的原因分析3.1 半刚性基层的概念及主要特征半刚性基层指的是采用无机结合料稳定集料或土类材料铺筑的基层。半刚性基层具有较高的刚度，具备较强的荷载扩散能力。所以施工及运营过程中一定要保持半刚性基层的整体性；半刚性基层起着结构承载能力作用，而沥青面层只起着功能层作用，因此半刚性基层沥青路面结构的主要破坏形式是半刚性基层的弯拉疲劳损

26、坏；半刚性基层采用防水下渗措施是十分重要的。3.2 半刚性基层的优缺点3.2.1 优点半刚性基层具有一定的板体性、刚度、抗拉强度、抗疲劳强度、良好的水稳定特性，扩散应力强。这些都符合路面基层的要求，使得路面基层受力性能良好，并且保证了基层的稳定性。3.2.2 缺点1、半刚性材料不耐磨，不能做面层。路面由于车辆载荷的作用，会产生摩擦，半刚性材料不耐磨，不能适应路面面层的要求。2、半刚性基层的收缩开裂及由此引起沥青路面的反射性裂缝普遍存在。在国外普遍采取对裂缝进行封缝，而在交通量繁重或者高速公路上，这种封缝工作十分困难。而在我国，目前根本没有发现裂缝就进行沥青封缝的习惯，因而开裂得不到有效的处理。

27、3、半刚性基层非常致密，渗水性很差。水从各种途径进入路面并到达基层后，不能从基层迅速排走，只能沿沥青面和基层的分界面扩散、积累。半刚性基层沥青路面的内部排水性能差是其致命的弱点。4、半刚性基层有很好的整体性，但是在使用过程中，半刚性基层材料的强度、模量会由于干湿和冻融循环以及反复荷载的作用下因疲劳而逐渐衰减。按照南非的理论，半刚性基层的状态是由整块向大块、小块、碎块变化，显然按照整体结构设计路面是偏于不安全的。 5、半刚性基层沥青路面对重载车来说具有更大的轴载敏感性。同样的超载车对半刚性基层沥青路面的影响要比柔性基层沥青路面大得多，对路面的损伤大得多。6、半刚性基层沥青路面损坏后没有愈合的能力

28、，且无法进行修补，只能挖掉重建，这给沥青路面的维修养护造成很大的困难。通常所说的“补强”实际上是不现实的，也是不可能的。3.3 半刚性基层成为我国高等级公路主要基层类型的原因半刚性基层材料包括水泥稳定类、水泥粉煤灰稳定类、石灰粉煤灰稳定类等。其主要物理力学特性包括应力-应变关系、疲劳特性、收缩特性2。半刚性基层材料具有三个突出的优点：具有较高的强度和承载能力，后期强度高且具有随龄期不断增长的特性；刚度大；稳定性好。另外，半刚性基层材料的原材料容易获得且价格低廉，同时还可以对工业矿渣等材料进行废物利用。已有试验路证明：半刚性基层沥青路面的承载能力完全可由半刚性基层予以满足，沥青面层可仅起功能层的

29、作用，再加上半刚性基层较大的刚度使得其上沥青面层弯拉应力值较小(一般<O.17MPa)，从而提高了沥青面层抵抗行车疲劳破坏的能力，这就使得设计者可以考虑去减薄面层，降低工程造价3。鉴于半刚性基层沥青路面强度、平整度及抗行车疲劳性能较好这一特点，另外半刚性基层板体性好，利于施工机械化（图3.1）且工程造价低，因此它实际上已成为目前我国高等级公路路面结构的主要形式。 图3.1半刚性基层机械化施工第四章 早期病害成因分析及防治措施4.1 概述造成沥青混凝土路面早期病害的因素很多，综合起来主要有路面结构设计不合理、现场施工质量控制不严、投入运营后超载车辆管理不严、气候条件影响等几个方面。早期病害

30、的类型也很多，较为常见的属水损害和车辙破坏。4.2 水损害所谓水损害，就是指沥青路面在有水分条件下，经受交通荷载和温度胀缩的反复作用，一方面水分逐步浸人到沥青与集料的界面上，同时由于水动力的作用，沥青膜渐渐地从集料表面剥离，并导致沥青与集料之间的粘结力丧失而发生的路面破坏过程4。4.2.1 水损害现象的类型（1）松散类：沥青面层在孔隙水压力的反复作用下，使沥青膜从集料表面剥落、混合料中的集料相互之间丧失粘结力而逐渐变软直至松垮，导致麻面、松散现象；在局部松散处，松散的集料颗粒逐渐掉粒、流失进而形成大小不一的坑洞。（2）裂缝类：半刚性基层基顶结合料与从路表连通孔隙及裂缝处下渗的水混合，在行车荷载

31、的反复作用下，产生的高速动水压力冲刷基顶形成灰浆并从裂缝中被挤压而出形成了唧浆现象；随着基层结合料的逐渐流失，面层也随着底部脱空现象的产生而形成沉陷、网裂，进而发展成坑洞。（3）变形类：辙槽在行车荷载作用下，滞留在面层内的水使集料特别是粗集料表面裹覆的沥青膜逐渐剥落，沥青混合料强度不断损失直至完全松散。行车轮迹带下不仅出现了压缩变形现象，而且产生了严重的剪切破坏现象，轮下松散的沥青混合料向两侧挤出并鼓起，在轮迹带下形成车辙。辙槽内有时还伴随着唧浆和网裂现象。图4.1 唧浆、坑洞、网裂现象 4.2.2 沥青混凝土路面水损害的形成机理水损害是沥青混凝土路面早期病害最常见也是破坏力最大的一种病害。水

32、损害的机理主要是沥青混凝土路面自身结构破坏。水损害是沥青路面在水或冻融循环的作用下，由于汽车车轮的动态荷载作用，进入路面空隙中的水不断产生动力水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入沥青与集料的接触面上，使沥青粘附性降低，并逐渐丧失粘结力，导致沥青膜从石料表剥离，沥青混合料掉粒、松散，继而形成沥青路面的唧浆、坑槽的损坏现象。水损害范围广、类型多、破坏大。无论是传统的沥青混凝土，还是改性沥青或添加抗剥落剂的SMA，均有可能发生水损害。由于水渗入表面层后滞留在面层的下部和下层的交界面上，因此在长期的车辆荷载作用下，沥青膜开始从面层的底部剥离并逐渐向上扩展，随着大量碎石上沥青的剥离，沥青混凝

33、土也失去了强度，从而产生网裂和形变。自由水进入面层后使沥青和碎石的粘结力减弱，在行车荷载作用下，滞留在沥青面层下部的水使矿料特别是粗集料表面覆裹的沥青膜剥落，使沥青混凝土强度降低直至完全松散。在行车轮迹下向两侧挤出，使轮迹带下陷，两侧鼓起，形成严重辙槽。形成辙槽后，雨水天气便会出现积水槽，致使水有更长的时间进入沥青面层，形成更严重的水损害。形成水损害的原因除了与沥青混凝土路面设计、沥青和碎石间的粘结力、沥青混合料不均匀、空隙率过大有关外，还与有无抗剥落剂、交通量、降雨量等有关。4.2.3 影响沥青混凝土路面水损害的主要因素一、降水量降水次数多和降水量大，特别是长时间的降水，空隙率大的沥青混凝土

34、路面，自由水进入的机会就会增多，渗透进的量就会增大，容易在沥青与集料的界面上以水膜或水气的形式存在，进而产生水损害。水损害的数量和速度与公路沿线的降雨量大小有密切关系。在其它条件都相同的情况下，我国西南和南方多雨潮湿地区沥青混凝土路面的水损害要比北方干旱和半干旱地区的水损害在数量和速度上都严重得多。二、温度春季冻融期间的温度在零度左右变化，路面中的水分不易排除，与重载交通共同作用，路面易产生损害；而在夏季高温作用下，沥青混凝土强度降低，雨季雨水较多，在路面内部积聚水的冲击下，路面也容易损坏。三、路面设计因素沥青与集料的粘附性不足:沥青与集料的粘附性主要受自身性质的影响。如沥青与矿料的化学成分；

35、沥青与矿料表面的界在张力；沥青的粘性；矿料的空隙率；矿料的含水量和含泥量等。沥青混含料级配和空隙率:沥青混合料级配不好空隙率较大时， 沥青面层通透性亦较大，外界水易侵入结构内部；混合料空隙率较小时，外界水侵入和动压水冲刷程度较轻，有利于提高沥青路面的耐用性。表4.1为某高速公路各层孔隙率平均值5。沥青混含料离析:拌和过程中的不均匀材料自身的不均匀是集料离析的主要原因；还有运输过程造成集料和温度的离析；摊铺过程中的离析；混合料压实度不均匀等。沥青混合料水稳定性不足。表4.1 某高速公路各车道不同层平均孔隙率车道层次平均孔隙率/%主车道表面层4.5中面层5.5地面层6.1超车道表面层8.0中面层8

36、.2地面层6.4紧急停车道表面层7.9中面层7.9地面层8.0四、交通量、车速、车载车辆通过时，面层沥青混凝土的孔隙中或面层与基层交界面上滞留有自由水时都会产生相当大的水压力和抽吸力。车轮经过时产生压挤力，车轮驶离时又产生抽吸力，这两种力的瞬时先后作用能将滞留在基层顶面以及面层空隙中的水唧出表面，并促使沥青膜从较大颗粒的集料上剥落，逐渐使沥青混凝土强度大幅下降直至路面局部松散并形成唧浆、坑洞或车辙。交通量大、重车和超重车在交通流量中的比例高，沥青混凝土路面的水损害严重。五、排水不畅 我国的路面设计方法习惯上不考虑路面结构层排水和不设置有效防水层6。不能及时将路表积水排掉导致水长时间滞留在沥青路

37、面上，从而有更多的机会渗入结构层，在荷载作用下便会产生严重的水损害。4.2.4 沥青混凝土路面水损害的防治措施从沥青混凝土路面的水损害机理中，我们可以看到沥青混凝土路面水损害主要因为水分介入到沥青和集料的界面，改变了沥青和集料的粘结力，导致了沥青膜从集料表面剥离。从而造成水损害。因此，预防沥青混凝土路面的水损害关键在于： (1)防止或减少水分进入沥青混合料内部，使得水分不侵入到沥青和集料的界面中；(2)提高沥青与集料的粘附性，提高集料间的粘结力。一、完善排水设施完善排水系统主要从三个方面考虑：路表排水、中央分隔带排水、路面内排水。（1）路表排水路表排水设计是沥青混凝土路面排水系统的重要组成部分

38、。路表不能及时排水，既容易引发交通事故，又容易造成路表积水，进而影响路基的强度和稳定，导致路面的早期水损害。其路表排水设计可以从以下两个方面进行完善:在保证高速公路所需表面抗滑功能的前提下，提高沥青混凝土表面层的密水性能。在所有的填方路段(除超高外侧)设置路肩沟。并设置急流槽，将路表雨水迅速集中排至排水沟中。（2）中央分隔带排水对于中央分隔带比较窄( < 3 m) 且表面有铺砌时，在不设超高路段中央分隔带只设向两侧外侧倾的横坡，无需另设排水设施。在超高路段上，因有半幅路面水排向中央分隔带，在高速公路和一级公路上，不允许上侧半幅路面的表面水横向漫流过下侧半幅路面，因而需在分隔带边缘处设置汇

39、集和排泄这部分表面水的排水设施，一般采用的形式主要有:格栅式泄水口、缝隙式圆形集水管式碟形混凝土浅沟。对于多雨地区，较窄( < 3 m) 的表面无铺砌的中央分隔带，为排隙渗入分隔带内的表面水，可设置纵向排水渗沟，并隔一段距离通过横向排水管将渗沟内的水排出路外。对于较宽的中央分隔带，如中央预留车道等的原因，中央分隔带将会很宽，汇水量也相应增加，中央分隔带排水措施的选择也显得更为重要，一般有以下形式:通过内倾的横向坡度使表面水流向中央分隔带中间排水沟中，并通过纵坡排流至泄水口或横穿路界的桥涵水道中。（3）路面内排水由于结构层空隙率偏大且不均匀，雨水容易渗入沥青混凝土路面的结构层中，从而导致各

40、种水损害。因此必须完善路面内排水设计，可从以下几个方面考虑：中面层和底基层均采用密实型沥青混凝土。在水泥稳定碎石基层上，设置“透层+ 封层”的防水结构层。除超高外侧外，在路肩部位的路面边缘均设置了碎石盲沟。为防止边沟雨水倒灌进入路面结构层，加深边沟。二、选择合适的混凝土类型沥青面层各层应尽量使用空隙率小于5%的沥青混凝土。从当前技术水平来看，密实式粗集料断级配沥青混凝土良好的不透水性，还具有明显优于连续级配沥青混凝土的高温抗永久变形能力，用作表面层时还具有较好的抗滑性能7。三、完善路面结构设计现有的沥青混凝土路面一般采用三层设计，不同层次之间的沥青混合料配合比一般不同，因此在沥青混凝土结构层之

41、间容易产生空隙，导致层间的结合强度不够，进而进一步影响沥青混凝土路面结构的整体强度，降低了抗水侵害的能力。目前比较成功的层间处理技术有: (1) 铺设透层透层主要是适用于无机结合料基层表面的有机结合料渗透层，它的作用是在于改善和提高无机结合料基层表面的水密性，同时在一定的程度上起到与有机结合料面层(路面底面层)过度结合的作用。它既可填充基层表面的空隙，又可确保基层材料的强度和稳定性。(2) 铺设防水层防水层是设在有机结合料层与基层间的、有一定厚度的隔水层。它与透层油在一起，在基层和面层间形成抵御水损害的保护层。主要作用是防止水分进入结构层从而导致路面整体破坏。四、加强交通运输管理重车特别是超重

42、车大量通行于高速公路，是造成高速公路路面早期损坏的主要原因。因此，必须按照公路法及交通部超限运输车辆行驶公路管理规定的要求，采取高速公路入口严格检查的办法，通过强制卸载等手段，加强对超限运输车辆行驶高速公路的管理，减少对高速公路的损坏。五、提高原材料质量对沥青而言控制好沥青的软化点、延伸度和针入度三大指标；集料要严格控制好其耐磨值、强度和级配，同时也要注意集料与沥青的粘附性及粘结力。严格控制细集料含泥量能有效提高沥青与碎石之间的粘结力。六、提高工程质量施工前原材料的选用必须规格、均匀和合理，配合比设计必须严密。路面压实度试验必须精确，并确保压实度；沥青混合料拌和工艺应进一步提高；摊铺工艺应局部

43、调整和改进；设法加强路面的层间粘结能力；设法提高压实工艺。七、完善配合比设计由于空隙率是影响沥青混凝土路面水损害的主要原因之一， 因此我们必须采取一定的、有效的措施降低沥青混凝土路面的空隙率。根据大量的实践经验和大量的实验数据表明，沥青混凝土路面的空隙率与沥青混合料的不同级配、沥青的用量以及拌和温度存在着一定的关系。因此我们可以从完善沥青混合料的配合比设计方面来降低空隙率。八、提高压实标准水损害的主要原因的水进入空隙中，经过一系列的作用后，导致沥青与碎石间的粘结力降低，所以，降低空隙率能够有效防止水损害。为了尽可能提高沥青混凝土面层的压实度， 进而降低空隙率，因此必须提高沥青面层的压实标准。建

44、议沥青混凝土面层施工过程中的压实度控制标准，在原来的基础上再提高1个百分点，表面层提高两个百分点。这就是说，高速公路、一级公路、城市快速路、主干路，表面层98%，其他各层97%。九、提高沥青混合料水稳定性为保证与沥青的粘附性符合规范要求，应采用下列抗剥离措施：用干燥的磨细消石灰或生石灰粉、水泥作为填料的一部分，其用量宜为矿料总量的1%2%。 在沥青中掺加抗剥离剂。将粗集料用石灰浆处理后使用8。添加抗剥落剂能改善和提高沥青混合料抗水损害能力，但不能轻易得出某种抗剥落剂不好或是劣质产品的结论，应通过周密的试验设计来进行筛选9。十、减少半刚性基层裂缝及其引起的路面反射裂缝裂缝的产生无疑会使水分更容易

45、进入道路结构层。要控制减少半刚性基层裂缝，不仅应从设计上合理确定路面各结构层的类型和厚度，满足路基路面的承载力和安全稳定性要求，而且应着重基层施工过程中的施工工艺和质量的管理与控制。要从选材、组成设计，到拌和、运输、铺筑，直至碾压和养生，针对各个施工阶段和环节中影响开裂的相关因素，制定和采取相应的有效措施。半刚性基层产生裂缝后，易辐射到沥青面层，引起反射裂缝。在沥青面层与半刚性基层之间加铺路面防裂层，可有效防治这一现象10。十一、做好养护工作由于高温、降水、超重车等外界环境的的影响，公路上难免出现不同程度的水损害，因此，及时发现并处理能够有效的防止水损害的进一步发展，从而提高公路的使用寿命，减

46、少不必要的经济损失。4.3 车辙破坏所谓车辙破坏，是指沥青面层在行车荷载的反复作用下，进而在一定程度上被碾压密实，沥青面层经过反复的挤压，进而导致轮迹带不断下沉。在剪应力的作用下，路面的内部材料发生横向的流动，在一定程度上使得中间和两侧出现凹陷和隆起，进而在路面层形成波峰和波谷的现象。图4.2为现场车辙深度测量。图4.2 现场车辙深度测量4.3.1 车辙的主要类型根据成因车辙主要分为四类：（1）流动型车辙这类车辙主要是因为路面结构设计不合理，或者路面压实度不够、整体性不好，特别在道路建设时期，路基的承载力不够，最后造成的道路变形。这类车辙主要向横向发展，两侧没有明显隆起现象。横断面成凹型，还会

47、形成裂缝，短期类裂缝发展不稳定，随着时间变化，车辙深度会不断扩大。（2）失稳型车辙失稳性车辙是由于沥青混合料的高温稳定性差，抗剪强度不足，造成沥青混合料颗粒间沥青膜在外力作用下发生剪切变形，颗粒产生相对位移。这类车辙不仅在车轮部位下凹，两侧也会隆起。（3）磨损型车辙这类车辙是由于轮胎的磨耗形成的。在车辆行驶过程中，经常发生爆胎的情况，钢轮会直接在沥青混凝土路面形成划伤，这类车辙不需要专门的处理。（4）压密型车辙碾压不足，开放交通后被车辆压密而形成车辙。这类车辙可能是由于路面施工质量控制不严造成的非正常病害。4.3.2 车辙破坏的形成机理碾压混凝土路面前，沥青混合料由沥青、集料，以及空隙组成，因

48、而混合料比较松散。通过压路机对沥青混合料进行碾压，沥青与矿粉组成的胶浆以及半流状态的沥青在高温条件下被挤进矿料的间隙内，在强力排挤的作用下，集料进一步形成骨架结构。经压路机碾压成型后，松散混合物投入使用，在车辆荷载的作用下，沥青混合料在初期阶段被进一步压实，进而在一定程度上形成微小的永久性变形。在沥青混合料中，沥青与矿料形成的沥青胶浆和自由沥青，在车辆荷载和高温的共同作用下首先发生流动，随之发生沥青混合料的流动性变形。沥青和胶浆在荷载和高温的共同作用下首先发生流动，这时，由于沥青混合料依然处于半凝固状态，所以荷载通常情况下由混合料中粗、细骨料构成的骨架进行承担。随着温度的升高，汽车荷载的增加，

49、在荷载的直接作用下，沿着矿料间的接触面硬度较大的矿料颗粒发生相应的滑动，在一定程度上，导致沥青和胶浆流向富集区域，进一步产生流动性变形。随着沥青路面厚度的增大，永久变形也会出现相应的而增加。在抗剪切变形和高温稳定性方面，由于半刚性基层都具有很强的能力。因此，在路面面层容易发生沥青路面的车辙现象，相对来说，其他层产生车辙的比例比较小11。道路各层变形比例见表4.212。表4.2 柔性路面各层永久变形的比例AASHO试验TRRL试验层次永久变形的比例层次永久变形的比例沥青混凝土32%碾压式地沥青碎石基层14%面层和碎石基层54%底基层45%底基层13%路基9%路基33%4.3.3 影响车辙形成的主

50、要因素4.3.3.1 内因一、沥青类型 沥青混合料的抗剪切能力主要取决于沥青混合料的粘结力和内摩阻力，影响沥青混合料粘结力的因素主要是沥青粘度、沥青用量、沥青与矿料相互作用的特性，沥青的粘度越高，沥青混合料的粘结力越大，因而具有较高的抗剪强度。沥青类型应根据环境气候、交通条件等合理选用，尤其是气温高、渠化交通的道路应选用较粘稠的符合重交通沥青技术要求的优质沥青和改性沥青。从沥青品质及路用性能来看，进口沥青稍优于国产沥青。二、集料性质沥青混合料的耐热性在一定程度上受到集料性质的影响和制约，这种影响通常情况下，通过集料与沥青相互作用进行显示。由于集料与沥青在一定程度上产生相应的吸附作用，

51、进而沥青混合料抵抗变形能力大大提高。沥青混合料的抵抗变形能力和强度随着沥青内聚力的增大而逐渐增强。三、沥青含量 沥青混合料中沥青结合料质量与沥青混合料总质量的比值称为沥青含量13。混合料的粘结力与沥青用量有关，用量越大，矿料颗粒间游离的自由沥青越多，矿料周围的沥青膜越厚，混合料的粘结力越低。反之，沥青不能完全裹覆矿料颗粒界面也影响沥青混合料的粘结力，同时混合料缺乏应有的工作度，难以压实，且易出现松散、离析现象。为了提高沥青混合料的粘结力，除采用高质量的沥青外。严格控制沥青的合理用量是很关键的。沥青用量必须严格按马歇尔试验指标，并综合考虑气候条件、交通类型，公路等级等因素。同时进行混合

52、料的残留稳定度和动稳定度检验，并对拟定的配合比进行车辆的试验，合理确定最佳的沥青用量。四、沥青混合料空隙率经过压路机碾压，路面成型后，在高温条件下，沥青混合料空隙率在一定程度上影响着路面的抗变形能力。沥青混合料的空隙率越大，内摩擦阻力就成为路面抗剪强度的主要决定性因素，但是，对于温度和加载速度来说，其变化通常情况下与内摩擦阻力没有任何关系。五、矿料级配一般情况下，沥青混合料的性能受到级配的影响和制约，同时混合料级配对高温稳定性也产生相应的影响。集料的级配通常决定着混合料的密实程度，以及矿料颗粒间嵌挤力的大小，进而在一定程度上影响沥青混合料的高温稳定性。试验研究表明，在常规条件下，除SMA外，间

53、断级配沥青混合料高温稳定性比有合理密级配的沥青混合料的差。对于形成骨架结构的级配来说，温度造成的影响比较小。采用洁净、具有良好的颗粒形状、表面粗糙、压碎值小、与沥青有良好的粘附性的矿料是非常关键的。沥青混合料的矿粉必须采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉14，矿粉用量对沥青混合料的高温稳定性的影响很大，对沥青路面抗车辙能力的影响也很大。具体的影响为：(1)矿粉用量越大沥青混合料的马歇尔模数越小，高温稳定性愈差，沥青路面抗车辙能力越弱。(2)矿粉用量适当时，沥青混合料的马歇尔模数较大，高温稳定性较好，沥青路面抗车辙能力较强。4.3.3.2 外因一、温度高温是产生车辙的一个

54、重要因素，温度越高，沥青混合料的劲度模量越低，抗车辙能力越小。据观察，气温低于30一般不会有大的车辙；气温低于35，即路表温度低于55的情况下，车辙能够限制在几毫米以内；而气温超过38时车辙就会很快增长；如果气温连续超过40，几天就会使路面发生严重的车辙，并且发展很快。沥青粘度随着温度的增加而降低。沥青粘度的降低会使沥青混合料抗变形能力减小，从而导致抗车辙性能的降低。图4.3展示了不同温度下沥青混合料变形量随时间变化图，图4.4为某路段各月份车辙深度。图4.3 不同温度下沥青混合料变形量随时间变化图4.4 某路段各月份车辙深度二、交通条件交通条件对沥青路面性能的影响可以归结为交通量、荷载、行车

55、速度、交通渠化等。其中，行车速度对沥青路面永久变形的影响主要反映在荷载的持续时间上，车辆行车速度越慢，荷载作用时间越长，相同交通量所引起的路面变形越大（图4.3）。这种情况主要出现在停车场、车站、交叉路口、爬拉车道、收费站，以及其他交通拥挤的地方。随着超载率的增加，车辆换算系数明显增加；使用初期计算标准轴次与设计寿命年限内累计标准轴次均明显增加；使用寿命明显降低，超载60%时，使用寿命为3.4年； 超载100%时，使用寿命仅为1.4年。可见超载对路面使用寿命的影响极大。超载、重载情况下，当车辆轴载增加时，当量轴载作用次数不是按照比例增加，而是按照4.35次方的指数级增长。因此，当汽车超载时，其

56、对路面的破坏并不是随荷载线性增长而是呈指数级变化的。另外，渠化交通也会加快沥青路面车辙的形成，特别是在高速公路的行车道，重载车、超载车、较高的轮胎气压、较慢的行车速度，渠化交通则对沥青路面的产生严重的车辙。图4.5 交叉路口车辙现象三、纵坡的影响在山区高速公路陡坡路段或连续上坡路段，载重汽车受纵坡的影响很大，重载、超载车已不能正常爬坡，行驶速度很低，车轮荷载的作用时间成倍延长；车辆行驶表现为车轮间歇的跳跃式前进，对路面产生一个附加的水平冲击力，加速了沥青路面的车辙破坏。在车辙调查中发现上坡路段的纵坡坡脚没有车辙发生，但却在下坡路段距坡顶一段距离处发现车辙。根据汽车行驶理论，载重汽车在长陡坡路段爬坡行驶时一般先做加速度减小的减速运动，后做匀速运动的过程。因此，车辆载重越大，坡道越陡，汽车行驶速度减小的越快，稳定时速度越慢。上坡路段载重汽车行车缓慢，行驶速度的降低延长了轴载对路面的作用时间，对路面结构层内的应力和应变等产生影响。4.3.4 关于抗车辙剂我国最常见的车辙属于流动型车辙，其他车辙也少有发生。最有效的解决方法是使用抗车辙剂，将抗车辙剂颗粒在沥青拌和楼拌和过程中直接投入沥青混合料拌缸中，属于对沥青混合料的改性，不同于对沥青的改性。这种方法能够根据所期望的抗车辙性能程度不同，添加不同掺量的抗车辙剂。抗车辙剂在低掺量（混合料质量的0.3%0.5%）时能明显增强抗高温抗车辙性