对城市沥青混凝土路面病害的原因分析及对策研究

对城市沥青混凝土路面病害的原因分析及对策研究
齐娟
摘要：本文主要阐述了沥青路面病害的防治措施，用以提高沥青路面的质量和寿命。在此同时分析了车辙、龟裂、渗水等沥青路面常见病害产生的原因，从路面结构、沥青混合料和施工三方面入手。
关键词：沥青路面；病害；原因；防范对策；
前言
在道路工程建设中，从路面的底基层到路面面层，沥青混凝土得到了广泛的应用，特别是在高等级道路的面层，沥青混凝土更是得到了广泛的应用。但是由于沥青混凝土材料本身就是一种混合物，受到其各种材料差异的影响，以及设计，施工等水平的影响，沥青混凝土面层的路面可能出现开裂，泛油，松散，坑槽，起鼓，松散等各种病害。道路会因为这些病害而降低使用寿命，并且会加大汽车磨耗甚至影响行车安全，给行车人的带来财产损失甚至生命安全。基于此，需要对这些道路病害产生的原因进行分析，并且尽可能的给出一些合理可操作的技术处理措施。
一、病害类型及形成原因
1)沥青层内的剪切应力是产生车辙的主要外因。
传统理论认为，产生车辙的主要原因是沥青混合料的热稳定性不足。而研究认为，路面车辙的产生除了混合料本身的原因之外，还有结构因素，就是过于刚性的基础结构容易诱发车辙。这虽然是更为重要的因素，却常常会被人们完全忽略。为了保证路面结构的寿命，相关部门通常将路面结构设计的非常强，意在使路面弯沉非常小，即:只用弯沉控制设计，而忽略了层底弯拉应力是否合理。这样的结构对于防止传统的弯拉疲劳开裂(自下而上)有效，但是却增大了沥青层内的剪切应力，而这个剪切应力恰恰就是产生车辙的主要外因。
2)路面表面的剪切疲劳是产生新型龟裂的主要外因。
一般认为，路面龟裂源自弯拉疲劳效应，产生于沥青层底面并自下而上扩展。而根据有关调查和研究证明，在重交通作用下路面上的龟裂损坏是自上而下的，一般产生于表面3 cm的深度范围内并向下发展。产生这类损坏的原因并不是弯拉疲劳作用，而是路面表面的剪切疲劳。随着沥青层厚度的增加，产生于沥青底面的弯拉疲劳开裂越来越少，而产生于沥青层顶部的剪切疲劳开裂将越来越普遍。路面剪应力过大的原因主要是轴载过大和轮胎与路面接触压力的非均匀性。重型、非均匀分布轮载作用下产生的路面损坏，既可能是自上而下的龟裂形态，也可能是路面车辙，这远比传统上的认识要复杂得多。所以，对于重交通作用下的沥青路面而言，不能简单地认为弯沉小就意味着路面结构比较强。进一步的分析表明，随着基层模量的增加，沥青层底面的弯拉应力应变急剧减小，但在目前的常用参数范围内，沥青层中的剪切应力却是增大的。这个分析结果给结构设计提供了很好的启示，即半刚性基层模量应该有一个合理的范围。
3)沥青混合料的均匀性，即大量存在的离析是产生沥青混凝土路面病害的一个重要原因。
传统上人们没有把混合料的均匀性当做一个严重问题来看待，没有采取严格的措施予以控制，只要求施工时认真就可以了。而随着交通量的增大，均匀性已经成为决定沥青路面质量的主要因素之一，应该引起充分注意。路面渗水是沥青混凝土路面面层产生病害的一个很重要的原因。将路面水损坏的主要原因归结于路面空隙率过大，又将空隙率过大的原因归结于压实不足，这确实是早期路面病害的主要原因，但却比较容易解决；实际上，混合料的离析更是造成局部空隙率过大的另一个主要原因，而且是比较难以解决的技术问题。准确地说，路面大部分早期损坏类型都是起源于混合料的不均匀，这已经成为决定路面质量的重要因素，一旦混合料发生离析，一切关于材料设计的努力都是白费。路面压实度不足，有时也是混合料离析引起的，仅检测路面的平均压实度，往往不能客观地反映问题，还应该考虑其变异性。当混合料发生离析时，仅仅依靠提高压实度难以达到减小空隙率的目的，甚至会造成集料碎裂而适得其反。
4)超载运输、重载运输是导致路面早期病害的另一主要原因。
因此，路面实际使用寿命与超限运输之间的定量分析，是一个不可忽视的研究课题。众所周知，随着经济的发展，超载运输现象十分普遍和严重，超载无疑也是造成路面损坏的重要原因。当荷载超过设计标准时，对结构的破坏是必然的。沥青混凝土路面的早期损坏，与超载的大量存在具有直接的关系。目前，对于超载的治理已经取得了显著效果。但是要彻底限制超载，仅靠行政性的推动和临时性的检查是不够的，还需要从两方面的工作进行改进:a.建立长效的综合机制；b.准确地深化对超载的认识，重新制定关于超载的定义，以确实保护沥青路面的使用质量。
二、针对沥青路面病害的技术防范对策
通过以上分析，可看出沥青混凝土路面病害与路面设计施工、沥青混合料、交通运输条件等有关系，所以沥青路面病害的防治应以路面设计、沥青混合料和施工三个方面考虑。
1)合理设计路面结构。a.合理设计沥青面层厚度。半刚性基层沥青路面结构的承载能力可由半刚性材料层(基层和底基层)来承担，无需用增厚面层来提高承载能力；提高沥青路面使用性能不是用厚的沥青面层，而是用优质沥青；沥青面层的裂缝不只是反射裂缝，在正常施工情况下，大部分是沥青面层本身的温缩裂缝；一般来说，过厚的沥青面层易导致车辙的产生。b.加强沥青路面防水设计:选用合理的基层和底基层结构；严格控制沥青混合料的质量；沥青的选取选用具有良好的高低温性能、抗老化性能、含蜡量低、高粘度的优质国产或进口沥青。在条件许可的情况下，可在沥青中掺加各种类型的改性剂，以提高其性能指标。
2)集料的骨料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性能好
的集料。如果骨料呈酸性则应添加一定数量的抗剥落剂或石灰粉，确保混合料的抗剥落性能，同时应尽量降低骨料的含水量。
3)为提高沥青路面使用性能可以考虑以下两个途径:a.改善矿料级配，采用沥青玛脂碎石混合料(SMA)。b.改善沥青结合料，采用改性沥青。
4)严格控制施工质量。施工质量若控制不严，早期破损必然出现。所以沥青路面施工必须按全面质量管理的要求，建立健全有效的质量保证体系，实行目标管理、工序管理，明确责任，对施工全过程，每道工序的质量要进行严格的检查、控制、评定，以保证其达到质量标准，具体要抓好以下几方面:a.严格控制沥青混合料的拌和质量。b.保证基层顶面粗糙度。改善基层材料级配，增加粗骨料，提高大中粒径集料含量；控制最佳含水量，改进碾压方法，避免过振过湿，不能使基层顶面形成灰浆硬壳，不能用细料进行压实后找平。c.合理洒布透层油、粘层油。在进行各层铺筑前，必须保持基层面清洁。用沥青洒布车喷洒时，应保持稳定的车速和喷洒量，不能流淌和形成油膜，更不能有空白，并立即撒布2 m3/1 000m2的石屑或粗砂，用6 t钢筒式压路机稳压一遍，将多余的浮料扫走。对旧沥青路面罩面，必须洒布粘层油，粘层油应有较好的粘附性，脚踏有明显的粘附感，整个面层取芯后不易分离。对于精品道路可以设置I型稀浆封层作为粘结层，实现层间结合与防水的双重作用，且不需要封闭交通。
5)提高面层摊铺质量。在摊铺混合料时，运距不能过远，摊铺温度应控制在130℃为宜，摊铺厚度均匀，压实设备数量应配套，速度控制在2 m/min左右，碾压遍数不能太少，以免混合料孔隙过大；一般不能进行补料，尤其是下面层；基层雨后潮湿未干，不得摊铺，更不得冒雨摊铺；纵向、横向接缝应紧密、平顺，各幅之间重叠的混合料应用人工铲走。
参考文献:
[1]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京:人民交通出版社，2001.