提高沥青路面的使用性能和耐久性的主要因素

南通职业大学题目 提高沥青路面使用性能的方法 学院 建筑工程学院专业 市政工程技术年级 2013学号 130407146姓名 朱珣指导教师 陆俊2016年6月1日目 录摘要1关键词1一、引言1二、沥青路面危害概述1（一）自上而下的表面层水损害1（二）网状裂缝、龟裂1（三）辙槽2（四）松散2三、沥青混凝土面层的使用性和耐久性2（一）沥青混凝土面层使用性2（二）沥青混凝土面层耐久性2四、沥青路面早期损坏原因与机理分析4（一）关于半刚性基层沥青路面的开裂4（二）关于半刚性基层沥青路面结构的反射开裂5（三）关于半刚性基层沥青路面结构的破坏机理5（四）半刚性基层沥青路面的水损坏5（五）关于半刚性基层沥青路面结构的车辙5五、影响城市道路沥青路面使用寿命的因素5（一）路基5（二）路面6（三）路面交通6（四）施工6（五）管理6六、延长城市道路沥青路面使用寿命的措施6（一）保证集料质量7参考文献8致谢8提高沥青路面使用性能和耐久性的主要因素 摘 要：随着我国经济的发展，公路交通量显著增大，交通渠化以及重载和超载现象日益突出，同时人们对沥青路面的舒适性、安全性和耐久性有了更高的期望，这对沥青路面提出了越来越严格的要求。为此，首先讨论了沥青路面危害概述，接着分析了沥青路面工程中存在的主要问题，最后研究了提高沥青路面工程质量的对策。 关键词：公路工程; 公路交通; 沥青路面; 沥青路面工程一、引言 由于沥青路面具有表面平整、无接缝、振动小、噪音低、行车平稳舒适、养护维修简便等优点，我国近年来建设的城市道路大多采用半刚性基层沥青路面。但是，随着城市人口和各种客运车辆的日益增长，城市道路所承受的交通压力不断加大，许多新修的沥青路面使用时间不长就出现了各种病害。这一方面是由沥青路面抗弯拉强度底、面层的温度稳定性较差，另一方面则与城市道路的特点、施工质量、组织管理等有密切的关系。因此，深入分析影响城市道路沥青路面质量的各种因素，寻求提高城市道路沥青路面质量的各种对策，对延长城市道路沥青路面的使用寿命、降低城市道路建设成本、方便城市居民的出行等都具有重要的意义。 二、沥青路面危害概述(一)自上而下的表面层水损害自上而下的表面层水损害是国际上通称的水损害，主要表现为表面型坑槽，它的形成条件是水进入表面层但难以继续下渗，水分浸入沥青与集料的界面，以水膜或水气的形式存在，由于表面张力的作用，影响沥青与集料的粘附性。在反复载荷作用下，轮胎对路面的挤压搓揉作用及路面间的真空吸附作用加速了沥青膜与集料的剥离，渐渐地，沥青路面表面层开始出现麻面、松散、掉粒、产生坑洞，最后形成坑槽。 (二)网状裂缝、龟裂网状裂缝、龟裂，主要是由于路面的整体强度不足而引起的。其原因可能是路面结构设计不合理，路基路面压实度不足，路面材料配合不当或未拌和均匀等，也可能是由于路面出现横向或纵向裂缝后未及时封填，致使水分渗入下层，尤其在融雪期间冻融交加，加剧了路面的破损。沥青老化也是导致沥青面层形成网裂、龟裂的原因之一。 （三）辙槽辙槽是沥青路面特有的主要破坏现象之一，辙槽被定义为沥青路面轮迹带的凹陷(较轻的辙槽)。实际上严重辙槽处，轮迹带产生凹陷的同时，其两侧的沥青混凝土常鼓起，此时的辙槽就是轮迹带的凹陷深度与其两侧鼓起高度之和。（四）松散 松散是由于沥青混凝土表面层中的集料颗粒脱落，从表面向下发展的渐进过程，集料颗粒与裹覆沥青之间丧失粘结力是颗粒脱落的原因，导致松散的原因有：集料颗粒被足够厚的粉尘包裹，使沥青膜粘结在粉尘上，而不是粘结在集料颗料上。表面的磨擦磨掉沥青膜，并使集料颗粒脱落；表面有离析，离析处缺少大部分细集料。离析面上粗集料与细集料相接触，但只有少数接触点有沥青粘结集料，随时间增长，沥青会老化，剥落就会使沥青与集料的粘结力减弱，从而产生松散。三、沥青混凝土面层的使用性和耐久性（一）沥青混凝土面层的使用性沥青混凝土面层的使用性能主要指平整度、抗滑性和减少噪音。众所周知，沥青、混凝土面层的平整度与下卧各层的结构强度和平整度有关，又与表面各层沥青混凝土的均匀性(拌和均匀性、有无集料离析和温度离析及压实均匀性)、施工工艺的先进性和严格程度有关，它与沥青和矿料的质量及级配关系不大。沥青混凝土面层的抗滑性能和减噪性能，主要取决于表面层矿料的质量和矿料级配，它与沥青的质量关系不大。（二）沥青混凝土面层的耐久性耐久性是指沥青路面在大气和交通荷载作用下抗离散的能力。大气的作用会引起沥青的氧化和挥发，水的冻融作用会引起集料的变化。一般说来，较高的沥青含量、集料密级配及密实不透水的混合料可以提高沥青路面的稳定性。较厚的沥青膜抗老化能力相应增强。通过提高混合料的密实度、减少空隙率来提高沥青路面的耐久性。混合料中使用坚韧的集料可提高稳定性、加强路面在行车荷载作用下的抗磨耗性能。坚固的集料能提高抗冻融能力和稳定性。良好的压实不仅可以推迟裂缝的扩展，而且可以减轻沥青在路面使用期限内的硬化。影响沥青混凝土路面耐久性的主要因素是车辙、裂缝和半刚性基层的质量道路交通量大、气温高、路面结构及材料组成配比不当等导致车辙的形成；裂缝因成因不同而分为疲劳裂缝、温度裂缝和反射裂缝，分别探讨了其影响因素；半刚性材料的强度和抗冲刷能力以及施工质量均会影响半刚性基层的质量应从合理设计路面结构层次及混和料配合比，采取正确的施工方法和养护方法，选择抗冲刷性好、干缩系数和温缩系数小、抗拉强度高的半刚性材料，提高基层质量等来提高沥青路面的耐久性为了使沥青混凝土面层的优秀使用性能耐久，除路面有足够的承载能力、使路面不会产生结构性破坏外，还必须解决沥青混凝土面层本身可能产生的一些早期破坏，常见的早期破坏有沥青混凝土层产生严重辙槽、严重泛油；沥青混凝土层，特别是表面层容易透水，并导致早期水破坏；沥青混凝土表面层产生严重低温裂缝，沥青混凝土层产生疲劳开裂(主要针对柔性路面)。因此，沥青混凝土的高温抗永久形变能力要强，使沥青混凝土层能承受重载车辆的反复作用，不易产生严重的辙槽；沥青混凝土的油石比应该适宜，避免产生泛油；沥青混凝土层要密实、透水性小和均匀性好，使水不易透入并滞留在某层内，以避免早期水破坏。从长远看，还要减少严重温度裂缝(含对应裂缝)和增长沥青混凝土层的疲劳寿命。从高温抗永久形变能力来说，首先要使用质量好的矿料，其次要有能形成骨架-密实结构的矿料级配，在此前提下，再使用高温粘度大的沥青，才能使沥青混凝土具有较高的高温抗永久形变能力。因此，矿料质量和矿料级配是最关键的因素。 从泛油来说，主要是沥青用量和沥青混凝土的现场孔隙率问题。也可以说主要是矿料级配隙率为10左右，水较易透人沥青混凝土层并导致水破坏。其中最关键的因素，是矿料级配而不是沥青。此外，沥青混凝土的抗疲劳破坏能力和表面层的低温抗裂缝能力，对沥青混凝土面层的使用性能都有用量和沥青质量优劣有关。但它与沥青混凝土层的高温抗永久形变能力又有矛盾。而且一旦沥青面层产生了裂缝，只要采取及时封缝的养护措施，防止降水从裂缝进入沥青面层，即可以基本消除水的破坏作用。显著影响。沥青混凝土的疲劳寿命与沥青混凝土的均匀性有关，也与沥青的粘度和沥青的用量(油石比)有关。沥青混凝土的均匀性则与矿料级配和施工有关。由于国内还没有进行不同矿料级配沥青混凝土的疲劳寿命系统试验，目前还不能确定哪个因素是最关键的。沥青混凝土的低温抗裂性能通常与沥青的稀稠、沥青用量和沥青质量优劣有关。但它与沥青混凝土层的高温抗永久形变能力又有矛盾。而且一旦沥青面层产生了裂缝，只要采取及时封缝的养护措施，防止降水从裂缝进入沥青面层，即可以基本消除水的破坏作用。沥青混合料的性能要求往往是矛盾的或相制约的，照顾了某一种性能，很可能会降低另一方面的性能。这里最突出的有以下两对矛盾：第一是高温稳定性和疲劳性能与低温抗裂性能的矛盾。为了提高高温抗车辙能力，应尽量采用粗级配，增加集料数量，减少用油量，采用粘稠度小的沥青，但这样的混合料低温很容易开裂，疲劳性能差；而为了提高耐久性和低温抗裂性能，则要近可能使用粘稠度大的沥青，而且要增加用量，用细集料、密集配混合料，但这样到了夏天很容易产生泛油和车辙病害。第二是路面表面特性和耐久性的矛盾。要求抗滑性能好，不溅水，雨雾小，噪音轻，必须提高表面粗糙度，采用构造深度大的粗集料、开级配或半开级配的沥青混合料。但是这样的混合料空隙率必然较大，而孔隙率大的混合料空气接触面大，老化快，耐久性差，耐疲劳性能差；为了提高耐久性，就要采用较小空隙率的混合料。四、沥青路面早期损坏原因与机理分析近年来，我国沥青路面早期损坏现象引起了广泛的关注，有关的科研院所、院校、以及交通部门对造成沥青路面结构早期损坏的现象、原因进行了分析和研究。本文在分析和总结这些资料的基础上，通过对几条高速公路实际使用性能的调查，对半刚性基层沥青路面结构早期损坏类型和原因进行了分析总结。 （一）关于半刚性基层沥青路面的开裂半刚性基层路面的开裂是一种必然的结果，因为这是由半刚性基层材料本身的性质决定的。尽管我们可以通过一定的技术途径改进或改善半刚性基层材料的开裂的特点，但壁面半刚性基层材料的开裂特点。照以上分析，当水泥稳定材料用做路面基层时，交通荷载的作用会加剧水泥稳定材料的开裂，因此在一定条件下，基层开裂的结果必然反映到面层上来，材料的性质从根本上已经确定开裂的发生。所以说水泥稳定类材料的开裂是必然的。在这个阶段中，如果水进入路面结构内，一方面由于水和水泥稳定材料中的细颗粒在开裂破碎后能形成胶液，对开裂有一定重愈合作用，如果这种潮湿状况在短时间内得以改变，水泥稳定材料的强度会重新形成，但在重交通荷载作用下，由于压力水的渗透，水泥稳定材料的开裂也可能被加速。（二）关于半刚性基层沥青路面结构的反射开裂通过对国内半刚性基层沥青路面结构早期损坏现象调查后发现，目前国内很多高速公路由于半刚性基层材料的开裂引起的反射裂缝问题非常突出，分析造成半刚性基层开裂的原因就是使用的水泥剂量太高，在很多高速公路上，行车道上的反射裂缝很明显，而超车道上的反射裂缝几乎没有，证明了以上对材料开裂的分析是正确，正是在交通荷载作用下，半刚性基层的开裂会加剧，有效使用寿命会缩短，半刚性基层材料开裂引起的反射裂缝不可避免。要避免这种早期损坏的发生，半刚性基层的强度必须控制在一定范围内。（三）关于半刚性基层沥青路面结构的破坏机理按照前面我国沥青路面结构设计方法，半刚性基层沥青路面结构的破坏应该从半刚性底基层开始，实际沥青路面结构的早期损坏形式和试验结果表明这种设计理念并不全面，因为目前大多数的半刚性基层沥青路面结构的破坏是始于沥青面层的。这种破坏形式目前在国内的一些高速公路上也已经表现出来，其特征还可以通过路面表面的弯沉指标反映出来，即当这种破坏发生时，路面结构表面的弯沉仍然较小。对于较薄沥青面层的半刚性基层沥青路面结构，在路面交通荷载作用下，随着沥青路面结构层间黏结状态的改变，沥青层与半刚性基层的层间结合状况由逐渐由连续变为滑动，沥青面层的疲劳剪切开裂发生;随着荷载的继续作用，半刚性基层的裂缝得到快速扩展，并逐渐向上反射，造成沥青层的破坏进一步加剧，这个阶段可以认为是半刚性基层沥青路面结构疲劳破坏的第一阶段；随着交通荷载的继续作用，沥青层和半刚性基层的开裂进一步加速，路面结构强度急剧衰减，直到沥青层和半刚性基层发生完全损坏，成为第二阶段。（四）半刚性基层沥青路面的水损坏目前半刚性基层沥青路面结构的水损坏主要有两种表现形式，即沥青混合料的水损坏和结构性水损坏。半刚性基层沥青路面结构的水损坏有两种表现形式，一种是由于半刚性基层没有形成足够强度或强度不足，当路表水进入使半刚性基层后，由于半刚性基层的软化而造成强度失稳，从而在路面结构表面形成坑槽;另一种形式是半刚性基层强度过高，开裂在所难免，当路表水进入路面结构后，不仅会软化半刚性基层表面，而且水会沿裂缝深入整个半刚性基层内部，导致路面结构发生根本性的损坏，在交通荷载作用下，这种破坏进一步加剧。因此，要控制和解决半刚性基层的早期水损坏问题，一要注意选择合适的沥青混合料类型，另一方面要控制半刚性基层材料的强度在合理的范围内，不能低，也不宜太高。（五）关于半刚性基层沥青路面结构的车辙沥青路面车辙的形成主要受温度、轴载、材料类型以及路面结构形式的影响，其中温度对车辙的形成影响最大。对于半刚性基层沥青路面结构，当温度较高时，由于沥青层软化，沥青混合料非常容易发生塑性形变。路面结构面层材料强度应高于基层材料。基层材料的强度要大于底基层材料，路面结构层的强度从上到下应有一个合适的比值。五 影响城市道路沥青路面使用寿命的因素（一）路基城市道路的路基与公路的路基有很大区别。公路的路基给排水、通讯等地下设施很少，因此有利于大型机械设备的施工，施工质量有保证。而城市道路路下给水排水管线和构筑物纵横交错，给施工造成了很大困难，路基质量也受到影响。同时各种窖井往往造成地表水下渗，引起路基塌陷，造成路面损坏。（二）路面由于各种地下设施都必须在路面上留有出口，因此城市道路的路面上到处都是竖井的井盖，严重影响了城市道路路面的平整度，在交通量日益增大的情况下，路面破坏的机率大大提高。同时城市道路路面的排水远不如公路的排水顺畅，很容易造成雨水下渗，引发路面的水侵害，影响路面的使用寿命。（三）路面交通为不影响市民出行，城市道路路面施工往往不中断交通，边通行边施工。为给行人提供方便，还往往在夜间施工。这在方便人们出行的同时，却给路面的施工质量留下了许多隐患。（四） 施工不论是在路基中，还是在路面上，城市道路的施工都要受到许多地下设施的影响，机械化施工程度相对较低，人工操作的比重较大，其施工质量难以与高度机械化施工的公路相比。同时，施工过程中施工单位不按要求施工，如路基施工临时排水系统不畅通，遇雨后大量的积水渗入下层路基，严重影响路基质量；在沟槽回填时，沟内积水未排除，或沟底淤泥未清除干净而直接带泥水回填土，结果造成回填土含水量饱和，不能夯实，待饱和水下渗后，将造成填土下陷，危及路基安全；有时在填土中带有大石块、大砖块、大混凝土块、大硬土块等，妨碍土颗粒间相互挤紧，达不到整体密实效果，日后发生沉陷。这些现象都会对路基的稳定性造成影响，直到影响面层。（五）管理在城市道路的施工中，有许多项目属于“献礼工程”，为了在规定的时间内完成任务，不按规范要求进行施工，加上相关部门管理监督不到位，施工质量难以保证。六、延长城市道路沥青路面使用寿命的措施如上所述，影响城市道路沥青路面使用寿命的因素是多方面的。因此，要延长城市道路沥青路面使用寿命，必须相应地从多个方面采取措施。从路面材料的选用、路面结构的设计，到路基路面的施工等各个环节，都采取必要的措施，消除每个环节存在的隐患，从总体上提高路面质量，延长路面使用寿命。（一） 保证集料质量在沥青混合料中，集料重量一般占总重量的92% 96%，其体积一般占总体积的75%85%。保证各种材料的质量对延长沥青路面的寿命具有重要的意义。在城市道路的沥青路面中，集料必须具有如下特性：1坚韧性。在沥青混合料的生产、拌和、摊铺、压实等过程中，集料必须具有一定的抗压碎、抗磨耗强度，能够长期抵抗行车荷载的磨损作用，始终保持路面粗糙而不光滑。2坚固性。在大气作用下，集料要具有抗风化或抗分解能力。3颗粒形状。颗粒形状会直接影响到混合料的施工和易性和压实的难易程度，同样会影响混合料的强度。不规则的、多棱角的颗粒，如轧碎石料，压实后具有较好的嵌锁和抗变形能力。 4表面构造。具有粗糙表面的集料比具有光滑表面的集料同沥青能够更好地粘结，从而提高颗粒间的抗滑能力，使混合料具有较高强度。5矿粉。路面混合料集料中必须含有足够的矿粉以提高混合料的稳定性和抗离析能力。但是，矿粉含量过高会使混合料中沥青膜的厚度变薄，矿粉结团，影响施工和易性。近些年来，我国高等级公路路面结构以半刚性路面结构为主。半刚性基层强度大，具有较好的水稳性和抗冻性，而且可供稳定的材料种类多，选择面广泛，在路面的使用过程中弹性变形较小，承载能力高，使用年限长，被广泛用于修建高等级公路沥青路面的基层或底基层。在城市道路沥青路面的建设中，也可以借鉴这种形式。但是，半刚性基层也有它的缺点：抗变形能力低，在温度或湿度交替变化时容易发生收缩开裂，在沥青路面以及当水泥混凝土面板较薄时，这些裂缝会反射到面层上来，形成反射裂缝。所以，使用半刚性基层时应加强质量控制，如基层材料选择、配合比设计、混合料的级配控制、含水量和水泥剂量是否准确、加强初期养护等，以大幅度减少半刚性路面的反射裂缝或对应裂缝。 最后，要改善路面的使用性能，下述问题应引起高度重视： 1、半刚性路面的收缩和温缩裂缝似乎是不可避免的，这也是影响我国路面使用性能的致命因素。国外绝大多数发达国家，包括亚州的日本等国都采用柔性路面，许多国家基层都采用沥青稳定柔性基层，我国也应在路面结构体系上一改沥青路面清一色半刚性路面的局面，开发和应用其他路面结构体系。 2、路面基层和底基层的厚度最大宜18cm。无机料基层之间可以用水泥浆进行连接；基层与面层和面层之间应设置粘层，使结构层能形成一整体，同时提高结构层的水稳性。 3、为了满足大交通量重载交通的需要，面层配合比应该放弃使用经验证明已经达到极限应用状态的传统型和型沥青混合料。二层或三层体系必须全部采用粗骨架密实级配的混合料，如SAC、SMA等新型结构。半刚性路面的面层也可以由习惯上的15cm左右，优化为9cm或12cm。 4、 SBS改性沥青混合料和掺聚脂纤维的混合料为路面在重交通和严酷气候条件下具有较好的热稳性和耐久性提供了保证，虽然增加了一部分工程成本，但是一定情况下是唯一能够保证路面的使用性能的途径。 5、骨料均匀性偏差在我国极为普遍，影响了路面质量，同一工程项目应统一石料加工机具、工艺和筛孔尺寸，保证材料均匀。 6、施工机械的选型和配置要考虑其先进性，满足路面连续摊铺的需要。 7、施工过程重点控制好平整度和压实度。平整度控制重点注意材料的均匀性，防止离析。压实度是控制现场孔隙率的关键，压实度应控制在98%以上，现场孔隙率应小于6%。 8、路面使用性能的提高还应在避