高等級(jí)公路瀝青路面典型病害分析

黃 哲

(黑龍江省交通科學(xué)研究所)

1 瀝青路面損壞現(xiàn)象的分析

1．1 瀝青路面的車轍

(1)由于荷載作用，重力超過(guò)路面各層的強(qiáng)度，發(fā)生在瀝青面層以下包括路基在內(nèi)各結(jié)構(gòu)層的永久性變形，稱做結(jié)構(gòu)性車轍。這種車轍的寬度較大，兩側(cè)沒(méi)有隆起現(xiàn)象，橫斷面為v字形。

(2)瀝青混凝土的側(cè)向流動(dòng)變形。在高溫條件下車輪碾壓的反復(fù)作用，荷載應(yīng)力超過(guò)瀝青混合料的穩(wěn)定度極限，使流動(dòng)變形不斷累積形成車轍。稱做瀝青混合料的流動(dòng)性車轍或失穩(wěn)性車轍。一方面是車輪作用部位下凹，另一方面車輪作用的兩側(cè)反而向上隆起，在彎道處還明顯向外推擠。

(3)由于瀝青面層本身的壓密造成的車轍。在某些高速公路過(guò)分追求平整度，在降溫后碾壓，造成壓實(shí)度不足，致使通車后的第一個(gè)高溫季節(jié)混合料繼續(xù)壓密，在車輛荷載的反復(fù)作用下，空隙率不斷減少，達(dá)到極限的殘余空隙率后才趨于穩(wěn)定，它一方面產(chǎn)生壓實(shí)變形，同時(shí)平整度迅速下降，甚至形成明顯的車轍。從這個(gè)角度出發(fā)，為了減少車轍，最重要的一點(diǎn)是施工過(guò)程中加強(qiáng)碾壓，保證壓實(shí)度，使空隙率控制在要求的范圍內(nèi)。

1．2 瀝青路面的開(kāi)裂

(1)結(jié)構(gòu)層本身強(qiáng)度不足。由于結(jié)構(gòu)層本身強(qiáng)度不足不適應(yīng)日益增長(zhǎng)的交通量及軸載作用而產(chǎn)生的開(kāi)裂，最初一般表現(xiàn)為縱向開(kāi)裂，然后發(fā)展成為網(wǎng)裂，這一類由荷載產(chǎn)生的裂縫在一些超載嚴(yán)重的高等級(jí)公路上較為常見(jiàn)。

(2)溫度疲勞裂縫。溫度反復(fù)升降導(dǎo)致溫度應(yīng)力疲勞使混合料的極限拉伸應(yīng)變(或勁度模量)變小，又加上瀝青的老化使瀝青勁度增高，應(yīng)力松弛性能降低，故可能在較一次性降溫開(kāi)裂的溫度高的情況下開(kāi)裂，同時(shí)裂縫是隨著路齡的增加而不斷加劇。

(3)反射性裂縫。此類裂縫為反射源為水泥、石灰類無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料的半剛性基層的縮裂縫，這些裂縫在交通荷載的作用下，由下層逐漸反射到表面。

(4)一次性降溫造成的溫度收縮裂縫。瀝青在較高的溫度條件下，具有良好的應(yīng)力松弛性能，溫度升降產(chǎn)生的變形不致于產(chǎn)生過(guò)高的溫度應(yīng)力。但在冬季氣溫驟降時(shí)，瀝青混合料的應(yīng)力松馳趕不上溫度應(yīng)力的增長(zhǎng)，同時(shí)勁度急劇增大，超過(guò)混合料的極限強(qiáng)度或極限拉伸應(yīng)變，便會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂。

在我國(guó)，高等級(jí)公路的瀝青路面基本上都是半剛性基層，其中集料含量較多，而且瀝青層相對(duì)較厚，收縮性能得到了很大改善，采用了質(zhì)量較好的重交通石油瀝青后，橫向裂縫顯著減少。對(duì)黑龍江省竣工通車的幾條高速公路瀝青路面調(diào)查顯示，經(jīng)過(guò)一個(gè)冬季后，橫向裂縫間距一般在80～150m范圍內(nèi)，第二年春季調(diào)查發(fā)現(xiàn)沒(méi)有增加新的橫向裂縫。這些裂縫冬季最寬的近10mm，夏季完全閉合，這說(shuō)明高等級(jí)公路瀝青路面的橫向裂縫大多源于瀝青面層的溫度收縮裂縫。

我國(guó)寒區(qū)高速公路瀝青路面尤為常見(jiàn)的破損主要是溫縮裂縫，針對(duì)瀝青面層低溫收縮開(kāi)裂問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了眾多的調(diào)查與研究，原因如下。

(1)瀝青混合料性質(zhì)是影響瀝青路面溫度開(kāi)裂的最主要原因。

瀝青混合料的低溫勁度是決定是否開(kāi)裂的最根本因素，瀝青勁度又是決定瀝青混合料勁度的關(guān)鍵。在瀝青性質(zhì)指標(biāo)中，影響更大的是溫度敏感性，感溫性大的瀝青容易開(kāi)裂。改性瀝青的性能以改性后瀝青的感溫性的改善程度，即針入度指數(shù)PI的變化為關(guān)鍵性評(píng)價(jià)指標(biāo)。瀝青針入度、低溫延度是影響開(kāi)裂的重要指標(biāo)。由于瀝青在老化過(guò)程中輕質(zhì)油份揮發(fā)、瀝青氧化分解、位阻硬化等，老化越嚴(yán)重，勁度越大，裂縫出現(xiàn)越早。瀝青中的蠟使應(yīng)變減小，脆性增加，溫度敏感性變大，橫向裂縫容易發(fā)生。

(2)瀝青混合料的組成對(duì)瀝青路面開(kāi)裂的影響。

①一般認(rèn)為在最佳瀝青用量OCA的10．5%范圍內(nèi)波動(dòng)對(duì)開(kāi)裂率無(wú)明顯影響。而且，瀝青用量增加使混合料應(yīng)力松馳性能提高的同時(shí)，也使收縮性能變大，二者互有抵消。

②基層的影響。半剛性基層比級(jí)配碎石、瀝青穩(wěn)定碎石柔性基層熱容量小，與瀝青表面層的附著粘結(jié)性能差，尤其是本身收縮的附加影響，故橫向裂縫較多?；鶎优c面層的附著性能差，將使面層有一定自由收縮變形的可能性，混合料的應(yīng)力松馳性能得不到充分發(fā)揮，溫度應(yīng)力無(wú)法傳遞到基層中去，在面層內(nèi)部積聚，容易產(chǎn)生裂縫。

1．3 瀝青路面的水損害

(1)在開(kāi)始階段，水分侵入瀝青與集料的界面，以水膜或水氣形式存在，影響瀝青與集料的粘附性。(2)在反復(fù)荷載作用下，瀝青膜與集料開(kāi)始剝離。(3)集料逐漸開(kāi)始松散、掉粒。(4)最后形成坑槽。

目前預(yù)防水損害的關(guān)鍵主要通過(guò)兩個(gè)途徑來(lái)解決。

(1)防止或減少水分進(jìn)入瀝青混合料內(nèi)部，使水不能侵入到瀝青與集料的結(jié)合面上去。(2)提高瀝青集料的粘附性，提高集料之間的粘結(jié)力。

1．4 瀝青路面的表面功能衰減

路面表面功能是指抗滑、噪音、車輪向兩側(cè)的濺水、車后拖帶的水霧。主要是指與交通安全有關(guān)的抗滑、濺水和水霧。

為了提高路面的抗滑能力，瀝青路面的抗滑面層要求有粗糙的表面，即較大的宏觀粗糙度及微觀粗糙度。宏觀粗糙度取決于構(gòu)造深度，微觀粗糙度取決于粗集料的耐磨光性能，從這兩個(gè)方面注意，即可有效防止路面表面功能衰減。

2 結(jié)語(yǔ)

減少病害的發(fā)生，延長(zhǎng)路面使用年限，這是世界各國(guó)瀝青路面建設(shè)和管理單位共同面臨的一項(xiàng)難題。在我國(guó)，公路養(yǎng)護(hù)高峰期即將到來(lái)，我們必須從公路可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的高度，深入分析病害產(chǎn)生的原因，從建設(shè)和養(yǎng)護(hù)方面探索出行之有效的解決途徑。

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［1］李福普，沈金安．公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范實(shí)施手冊(cè)［M］．北京：人民交通出版社，2004．

［2］沙慶林．高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防［M］．北京：人民交通出版社，2001．

［3］英國(guó)運(yùn)輸科學(xué)研究院．瀝青路面道路質(zhì)量評(píng)估及養(yǎng)護(hù)指南［M］．北京：人民交通出版社，2001．