探析重载下沥青路面早期主要病害成因及维护方法

1、探析重载下沥青路面早期主要病害成因及维护方法    摘要：文章针对高等级公路路面结构的早期损坏严重的现象，阐述了重载交通作用对沥青路面疲劳以及车辙性能的影响，探讨了剪应力在面层的分布，认为剪应力是造成路面疲劳和车辙的主要因素；并对水泥稳定类基层的病害成因做了一定的分析，从路面的材料设计及结构设计方面提出了相应的措施；对沥青路面早期主要病害的养护维修设计有一定的指导作用。 关键词：路面结构；车辙；抗车辙剂；密集配沥青碎石；微表处；应力吸收层         对重载交通作用的沥青路面，虽然

2、在工程实践中，已经采用了许多新的技术，如superpave的混合料设计技术、SMA路面、聚合物改性沥青等，这些技术的应用，在一定程度上改善了路面质量，但随着交通量的增加和车辆轴重的增大，路面早期损坏现象仍非常明显，极大的降低了路面的服务功能和使用寿命，增加了公路的维护成本。通过对早期损坏现象的综合研究，我们发现重载对沥青路面所造成的损坏主要集中于疲劳开裂和车辙损坏，其原因主要是沥青面层的抗剪能力不足所致。本文从以上两方面并结合半刚性基层材料总结了重载对沥青路面的影响，并探讨了在沥青路面养护维修设计中所应采取的措施。 1  原因分析 我国的高等级公路大部分为半刚性基层沥青路面结构，而这

3、种结构在重载车辆的作用下，早期损坏现象十分严重。 1.1 疲劳开裂及路面车辙 疲劳开裂是重载作用下，沥青路面最常见的破坏形式之一，疲劳的产生是由于材料内部存在局部缺陷或不均质，在车辆荷载以及外界环境因素的影响下，产生局部应力集中，出现微裂隙，减少了承受应力的面积，导致有效应力增大，裂隙扩展，应力的反复作用最后导致路面破坏。通过对我国重载沥青面层疲劳裂缝调查分析发现，沥青面层纵向裂缝并不是由面层底部开始的，而是从面层表面向下发展。由此说明，重载作用下沥青面层疲劳破坏并不一定是层底弯拉应力引起，而是由于表面荷载应力造成的，特别是剪应力。 随着公路运输量日益增长和运输向重型化发展，尤其是高等级公路沥

4、青路面永久变形已成为突出的问题，车辙成为重载交通作用下沥青路面主要的破坏形式之一。车辙的形成机理主要分为两种：压密变形和剪切变形。前者通常出现在交通初始阶段，由于路面各结构层密实度的进一步增加所形成；后者主要是由于沥青混合料上层过大的剪应力而产生塑性变形所引起的，后者是引起车辙损坏的主要原因。在国外，已有设计规范将车辙深度作为设计指标之一。但我国现行的公路沥青路面设计规范尚未建立预估车辙深度的计算模型，仅通过公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）对高速公路和一级公路沥青混合料的动稳定度作出了具体要求，从材料性能角度来控制车辙深度。重载作用下，沥青路面设计验算车辙深度对防止路面使用

5、初期造成车辙损坏是十分必要的。当前，车辙深度的预估模型很多，在国际上最为有名的当推shell方法，工程实践中可根据实际情况选用。         对于重载和超载车辆，行驶在长陡坡路段上坡路段时车速较慢，增加了车辆对路面的作用时间，依据沥青混合料的时温等效原理可知，增长对沥青混合料的作用时间和沥青混合料处于高温是等效的，使得沥青混合料的横向流动变形的可能性增加，就会产生大量车辙。而下坡路段由于刹车增加了路面剪力，往往出现大量裂缝。 1.2 水泥稳定基层的收缩裂缝。 水泥稳定基层是一种半刚性材料，随着时间的推移，会产生干燥收缩与

6、温度收缩，半刚性基层的收缩裂缝是不可避免地反射到表面。但沥青混凝土路面是一种柔性材料，有一定的抗变形能力，因此在路基压实度较好的路段路面裂缝较少。然而由于施工当中存在一些工艺和程序问题，路面沥青混合料离析和不均匀严重，这样容易造成局部渗水，使路面出现病害。施工中压实不足也是重要原因，由于片面追求路面平整度，不能在温度较高的时候技术压实，不敢采用轮胎压路机，这样就造成了路面表层看起来很平整，通车不久就很快衰减。建议对压实度的管理应该把重点放在压实工艺的管理上。 1.3 行车荷载和雨水作用加速裂缝的发展。 水泥稳定基层在施工及运营中由于种种原因会产生细微裂缝，根据断裂力学理论，半刚性基层内存储的能

7、量由于行车荷载提供，并通过裂纹失稳扩展消耗能量，这个过程不断反复进行，使独立地裂纹扩展为数条贯通宏观裂纹，直到新年过程小裂缝，最后成为贯穿裂缝。这是行车道裂缝多于超车道的原因所在。由于沥青上面层存在孔隙，下雨或积雪融化后，路面中有水分渗入，而由于土路肩阻水，雨过天晴数天后，路面面层中仍有大量水分。所含的许多水分不断汇集到裂缝处并沿裂缝下渗，由于基层强度大，很致密，水很难排出去，容易造成路面界面条件和受力状态的变化。在行车荷载作用下裂缝处出现唧浆现象，水泥稳定基层因水而脱落、松散、路面结构承载力不足，出现啃边现象，并可能发展成网裂或坑槽、沉陷等。超载现象严重，加剧了路面病害的扩展。而沥青路面排水

8、是第一要务，所以排水不好势必会造成路面的心腹大患。 2  沥青路面早期病害维修设计 2.1 微表处填补车辙 微表处是乳化沥青稀浆罩面的最高级形式，它适用于重要交通道路的预防性养护如高速公路、城市干线、机场跑道等。微表处由聚合物改性乳化沥青、100%轧碎石料、矿物填料、水和必要的添加剂组成，使用专门的施工设备边拌和边摊铺。微表处可以提高路面的抗滑能力阻止水分下渗、防止路面的老化与松散，从而有效地延长路面的使用寿命。微表处的使用可根据路面状况实施单层或双层摊铺，可以填补已经稳定的车辙。微表处所用的乳化沥青必须是经聚合物改性的，通常是采用SBR胶乳，也可采用SBS改性，其残留物具有较高的软

9、化点。 微表处具有许多优点 ：（1）施工速度快，封闭交通时间短。微表处可用于多种路面情况，它所含的聚合物使乳化沥青增加了黏结力，使路面快速稳定和坚固。 （2）适合于重载交通的路面。由于采用质量较高的骨料和黏结力较大的改性乳化沥青，微表处比普通稀浆封层有着更强的粘合力。因此其比较适合重载交通的路面上，更适合于交通繁忙的公路。 （3）可以在常温条件下施工，甚至可以在夜间工作或在不妨碍交通的情况下施工。 （4）微表处可以作成很薄的层面，所以可以在桥面上或市政的道路上使用，而不会过多地增加重量和厚度。也不会影响城市道路的排水系统。 （5）微表处可以明显的提高路面的抗滑能力，同时也可以改善路面裂缝的状况

10、，延长路面的寿命。 （6）微表处还可以作成一种比较厚的铺层，用于填充不规则的路面。 （7）微表处是一种低成本、寿命长的养护方法。2.2 密集配沥青碎石与抗车辙剂的应用 在养护维修工程中，为防止车辙的产生，可在设计中采用密集配沥青碎石作为路面结构的下面层使用。并中掺加集料质量3的PRI抗车辙剂，使其动稳定度不低于6000次  mm。这样就大大降低了车辙等病害的发生几率，提高了道路的使用寿 命。密级配沥青碎石ATB30具有良好的抗高温性能，路面不易产生波浪；冬季不易产生冻缩裂缝，行车荷载作用下裂缝较少；材料组成设计比较容易达到要求；沥青用量少，造价相对低廉。 抗车辙剂能显著改善沥青混合料

11、的高温性能，提高混合料抗车辙能力，路面稳定性得到提高，改善了沥青混合料的低温柔韧性，提高了抵抗开裂的能力和动稳定度。提高了沥青混合料的抗疲劳性能，延长沥青路面的使用寿命。 2.2.1 橡胶粉改性沥青应力吸收层。这种由橡胶沥青胶结料、单粒径集料组成的应力吸收薄膜夹层对减缓反射裂缝的产生与扩展有明显的效果，可使半刚性基层或旧水泥混凝土路面的裂缝处相对位移产生的应力传到面层时大为减少，降低应力强度因子，从而达到延缓反射裂缝产生的目的。沥青路面早期病害中水损害对沥青面层影响较大，如坑槽、剥落等，为减少水损坏程度，设计中采用在上下面层中部加铺应力吸收层，既可以防水，又可以减少反射裂缝。 根据我们的试验研

12、究以及实体工程经验，针对橡胶应力吸收夹层（SAMI）的特点，采用较粗的胶粉颗粒（20目）可以达到更好的防止反射裂缝的效果。参考美国亚利桑那州的经验，结合我们的试验研究，用于SAMI的橡胶粉改性沥青需要达到具体指标要求如下:         20目的橡胶粉 18%的橡胶粉掺量 橡胶沥青用量2.6±0.2kg  m2 集料规格为9.5mm13.2mm，用量约为12kg  m2，以铺满为准         应力吸收层是把橡胶粉改性沥

13、青直接喷洒到沥青下面层上，厚度约2mm，上面均匀撒布1cm左右单一级配碎石，覆盖率6070%，可有效防止裂缝和渗水，施工工艺简单，造价低。这种技术现在已广泛应用，取得了良好效果。 2.3 沥青路面早期病害维修施工及其注意事项。 在进行沥青路面早期维修施工时，由于修补旧路面喷涂乳化沥青粘层油、铺玻纤维网，最后铺筑新的沥青路面，需要较长的时间，因此，在施工方面，应做好相应的组织工作。（1）施工段落的划分及交通组织。施工作业现场必须按交通部公路沥青路面养护技术规范（JTJ073.2-2001）的规定设置施工警告标志、限速标志、导向标志和采取必要的安全防护措施。（2）施工单位落实及人员、机械组织。通过正规的招标程序选择有资质的施工单位。施工单位应组织足够的人力、机具及各种元材料，每一段落应尽可能的缩短施工时间。建设单位应组织好路政人员，搞好施工现场交通组织和交通疏导，并委派有资质的监理单位实施监理。（3）铣刨出的废料，应在公路用地范围之外选择合适场地堆放。（4）合理安排时间，尽量安排春、秋季节，避开雨季和交通量大的不利季节。 3  结语 随着