瀝青混凝土路面早期病害成因分析與對策
2015-06-23
1. 前言
近年來，隨著國家對高速公路建設(shè)投資力度的加大，我國的公路工程建設(shè)十分迅速。但是，隨著一條條高速公路的建成并投入運營，瀝青路面早期病害現(xiàn)象也越來越引起業(yè)內(nèi)人士的普遍關(guān)注。目前，瀝青混凝土路面最常見的早期病害現(xiàn)象有：裂縫、水破壞、松散、泛油、推移等，這些病害基本上也是公路工程質(zhì)量的通病，對新建公路的正常使用形成了嚴重的威脅。本文就以上幾種常見病害的成因進行分析并結(jié)合實際提出相應(yīng)的預(yù)防措施：
2. 瀝青混凝土路面早期病害成因分析：
造成瀝青混凝土路面早期病害的因素很多，但綜合起來主要有路面結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、現(xiàn)場施工質(zhì)量控制不嚴、投入運營后超載車輛管理不嚴、氣候條件影響等四個方面。下面就以上幾種最常見的瀝青混凝土路面早期病害成因逐一進行分析：
2.1 裂縫： 高速公路瀝青混凝土路面裂縫主要有縱向裂縫和橫向裂縫兩種?？v向裂縫的產(chǎn)生主要是由于地基和填土在橫向不可避免的不均勻性所造成的，特別是在舊路基拓寬地段，由于土質(zhì)臺階處理不規(guī)范、分層填筑厚度及壓實度控制不嚴，尤其在有表面水滲入的情況下，這些地段往往是縱向裂縫的高發(fā)區(qū)。和縱向裂縫一樣，橫向裂縫也是不可避免的。橫向裂縫的產(chǎn)生往往是由于溫度應(yīng)力的作用而產(chǎn)生的疲勞裂縫。這種溫度裂縫往往起始于溫度變化率最大的表面并很快向下延伸，并隨著時間增長造成瀝青老化，瀝青面層的抗裂縫能力逐年降低，溫度裂縫也隨之增加。面層裂縫一旦發(fā)生沖刷、唧漿就會產(chǎn)生以縫為中心的下陷形變，同時引起裂縫兩側(cè)產(chǎn)生新裂縫甚至碎裂破壞。
2.2 水破壞：所謂水破壞即降水透入路面結(jié)構(gòu)層后使路面產(chǎn)生早期破壞的現(xiàn)象，它是目前瀝青混凝土路面早期病害中最常見也是破壞力最大的一種病害。水破壞的主要破壞形式有：網(wǎng)裂、坑洞、唧漿、轍槽等。水破壞的產(chǎn)生往往是由于施工中瀝青混凝土配合比控制不嚴、瀝青混合料拌合不均、碾壓效果不良等導(dǎo)致的瀝青路面空隙率過大所造成的。采用半開式（Ⅱ型）瀝青混凝土表面層時，產(chǎn)生的水破壞尤為嚴重。
由于水滲入表面層后滯留在表面層的下部和下層的交界面上，因此在長期行車荷載作用下，瀝青膜開始從面層的底部剝落并逐漸向上擴展，隨著下部大量碎石上瀝青的剝落，瀝青混凝土也就失去了強度從而產(chǎn)生網(wǎng)裂和形變。
在行車荷載作用下，特別在降雨過程中和雨后行車道上的局部網(wǎng)裂會逐漸松散，松散的石料被車輪甩出形成坑洞。由于瀝青混凝土的不均勻性，坑洞總是先在瀝青混凝土空隙率較大處產(chǎn)生，隨著時間推移，將會造成路面大面積破損。
當水透入瀝青面層并滯留在半剛性基層頂面時，在大量高速行車作用下，自由水產(chǎn)生很大的壓力并沖刷基層混合料表層的細料形成灰漿，灰漿又被行車壓唧，通過各種形狀不一的裂縫（縱、橫、斜裂縫及網(wǎng)裂）到路表面形成唧漿。在灰漿數(shù)量大的情況下，可能很快形成更為嚴重的裂縫，在數(shù)量小的情況下，可使路面形成網(wǎng)裂或形變。某處一旦有灰漿唧出，該處很快就會產(chǎn)生網(wǎng)裂和形變，隨后的降水就更容易透入，并形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致路面嚴重破壞。自由水進入面層后，使瀝青與碎石的粘結(jié)力減弱。在行車荷載作用下，滯留在面層下部的水使礦料特別是粗集料表面裹覆的瀝青膜逐漸剝落，使瀝青混凝土的強度逐漸降低，直至完全松散。在行車輪跡下向兩側(cè)（特別向外側(cè)）擠出，使輪跡帶下陷，同時使其兩側(cè)鼓起，形成嚴重轍槽。形成轍槽后，降雨過程和雨后轍槽就會變成積水槽，致使水有更長的時間透入瀝青面層形成更加嚴重的水破壞。形成水破壞的原因除瀝青混合料不均勻、空隙率過大有關(guān)外，還與瀝青和碎石間的粘結(jié)性能或有無抗剝落劑、交通量大小、重載車比重及公路沿線降雨量等因素有關(guān)。在我國南方潮濕地區(qū)，瀝青路面的水破壞數(shù)量及速度比北方干旱地區(qū)嚴重的多。近年來我國部分高速公路開始采用改性瀝青或加抗剝落劑的SMA路面，雖然產(chǎn)生水破壞的數(shù)量和速度明顯改觀，但只要混凝土不均勻自由水能夠進入并滯留的地方也不同程度的產(chǎn)生了水破壞。
2.3 松散：松散是由于瀝青混凝土表面層中的集料顆粒脫落，從表面向下發(fā)展的漸進過程。集料顆粒與裹覆瀝青之間喪失粘結(jié)力是顆粒脫落的主要原因。可能導(dǎo)致松散的情況還有：
2.3.1 集料顆粒被足夠厚的粉塵包裹，使瀝青膜粘結(jié)在粉塵上，而不是粘結(jié)在集料顆粒上，表面的摩擦力磨掉瀝青膜，并使集料顆粒脫落。這種情況的產(chǎn)生主要是由于集料含泥量超標所造成的。
2.3.2 表面離析處往往缺少大部分細集料,離析面上粗集料與粗集料相接觸，但只有在少數(shù)接觸點瀝青膜與集料粘結(jié)。隨時間增長，瀝青會老化，瀝青膜剝落會使瀝青與集料的粘結(jié)力減弱，孔隙中的水凍結(jié)會破壞粘結(jié)力，或足夠大的摩擦力會破壞離析面上的集料顆粒而產(chǎn)生松散。
2.3.3 瀝青混凝土面層要有高密實度才能保證瀝青混合料的粘聚力，如果混合料密實度不夠，集料就容易從混合料中脫落而形成局部松散。
2.4 泛油：瀝青從瀝青混凝土層的內(nèi)部和下部向上移動，使表面有過多瀝青的現(xiàn)象稱作泛油。新建瀝青混凝土路面在通車后的第一個高溫季節(jié)，特別在連續(xù)多天高溫后，在大量行車特別是在重載車輛作用下進一步壓實，易導(dǎo)致瀝青混凝土內(nèi)部過多的自由瀝青向上移動，產(chǎn)生泛油現(xiàn)象，油石比偏大地段表現(xiàn)的尤為明顯。高溫季節(jié)雨水侵入瀝青混凝土內(nèi)部后，如瀝青與礦料的粘結(jié)力不足，瀝青很快會從集料表面剝落并向上移動，產(chǎn)生更嚴重的泛油現(xiàn)象。在絕大多數(shù)情況下，泛油僅產(chǎn)生在行車道上，而且是間斷式的片狀分布。瀝青用量過大是產(chǎn)生瀝青面層泛油的最主要原因。而瀝青用量過大的主要原因有：
2.4.1 瀝青混合料配合比設(shè)計的擊實功不夠。我國在設(shè)計瀝青混合料配合比時通常采用馬歇爾試驗方法。當初在開發(fā)和確定馬歇爾試驗方法時，選定室內(nèi)試驗的壓實功是要使室內(nèi)產(chǎn)生的密度等于路面在行車荷載作用下最終達到的密度。如果室內(nèi)所用擊實功產(chǎn)生的密度小于使用過程中所達到的最終密度，所選定的瀝青用量就會偏多，但目前由于各種原因室內(nèi)試驗所得到的密度遠遠低于使用過程中所達到的最終密度，這使現(xiàn)場施工中產(chǎn)生瀝青用量過大不足為奇。
2.4.2 施工控制不嚴和管理不善。有些施工單位在生產(chǎn)過程中私自改變配合比、瀝青混合料拌合不均都是造成瀝青混凝土路面局部瀝青用量偏大的主觀原因。
2.4.3 少數(shù)施工單位習(xí)慣于使用瀝青用量過大的混合料。有些人認為瀝青用量越大，裹覆礦料的瀝青膜越厚，瀝青混合料的粘結(jié)力就越大。但實際情況恰恰相反，包覆礦料的瀝青膜越薄，瀝青混合料的粘結(jié)力就越大。
在嚴重泛油路段，瀝青面層表面發(fā)光發(fā)亮，以摩擦系數(shù)和表面構(gòu)造深度表征的抗滑性能達不到行車要求時往往會造成交通事故。
2.5 推移：推移的產(chǎn)生一般與基層施工質(zhì)量、透油層灑布質(zhì)量、超載車輛比重加大、瀝青混合料性能不良等因素有關(guān)。在瀝青混凝土路面鋪筑前，由于基層表面清掃不干凈、透層油灑布不均等都會容易造成瀝青面層和基層粘結(jié)不良。瀝青面層建成運營后在大量行車荷載（超載車輛）作用下，由于與基層粘結(jié)不良特別在瀝青面層施工接縫處開始產(chǎn)生推移，隨著時間增長，輪跡帶兩側(cè)會產(chǎn)生壅包，甚至?xí)霈F(xiàn)由于推移而造成的嚴重裂縫。在基層平整度較差、面層厚度較薄的地段往往由于施工質(zhì)量等原因，基層不平整會反映到瀝青路面上，車輛荷載作用下面層不平整會愈加明顯，形成波浪。
3. 瀝青混凝土路面早期病害預(yù)防措施：
瀝青混凝土路面早期病害不能徹底消除，但是可以通過優(yōu)化設(shè)計、加強施工管理、提高現(xiàn)場施工質(zhì)量等措施去預(yù)防，將其危害降到最低，從而延長瀝青混凝土路面的使用壽命。
3.1 裂縫：眾所周知，瀝青混凝土路面裂縫是不可避免的。根據(jù)縱向裂縫形成原因，在路基施工過程中特別在路基拓寬地段、路橋（涵）銜接處嚴格控制填土厚度及填料的均勻性，并保證達到規(guī)范要求的壓實度。瀝青路面進行半幅攤鋪時，采取合理措施處理縱向冷接縫。由于溫度變化引起的溫度裂縫，瀝青往往隨著時間增長而老化，瀝青面層的抗裂縫能力會逐年降低，所以采用優(yōu)質(zhì)瀝青會明顯減少溫度裂縫。試驗證明，在其它條件相同的情況下，采用較?。ㄡ樔攵却螅┑臑r青有利于減少溫度裂縫。另外，瀝青混凝土面層抗溫度裂縫的能力與混凝土均勻性、壓實度和空隙率有關(guān)?；炷辆鶆颉簩嵍雀?、空隙率小，混凝土強度高且比較均勻，面層表面的薄弱處也就越少。另外，瀝青面層常有因基層施工質(zhì)量不高而引起的反射裂縫。因此，在基層施工中，及時的養(yǎng)護、良好的接頭處理及整體強度是有效防治瀝青面層反射裂縫的有效方法之一。
3.2 水破壞：由于水破壞的產(chǎn)生數(shù)量及速度與瀝青混凝土密實性及空隙率大小、瀝青與粗集料的粘結(jié)力大小或有無抗剝落劑、交通量大小及重（超）載車輛的多少有關(guān)。所以，有效防治水破壞發(fā)生，應(yīng)從以下幾點著手：
3.2.1 選擇合適的混凝土類型。瀝青面層各層應(yīng)盡量使用空隙率≯5%的密實型瀝青混凝土。從當前的技術(shù)水平看，密實式粗集料斷級配瀝青混凝土既具有良好的不透水性，又具有明顯優(yōu)于連續(xù)級配瀝青混凝土（如AC-16Ⅰ、AC-20Ⅰ、AC-25Ⅰ）的高溫抗永久形變能力，用前者作為表面層時，還具有良好的抗滑性能。SMA路面的廣泛應(yīng)用是最好的例證。
3.2.2 使用優(yōu)質(zhì)瀝青及抗剝落劑以增強瀝青與碎石的粘附性。一般情況下，酸性石料（花崗巖、玄武巖等）與瀝青的粘附性較差，所以在高等級公路中，宜使用針入度較小的瀝青并采用抗剝落劑。嚴格控制細集料含泥量也是提高瀝青與碎石的粘附性的有力措施。
3.2.3 提高施工質(zhì)量。施工前原材料的選用必須規(guī)格、均勻、合理，配合比設(shè)計必須嚴密。在施工過程中必須注意瀝青混凝土拌合的均勻性，防止粗細集料離析。嚴格控制瀝青混合料拌合溫度、出場溫度及碾壓溫度，混合料拌合溫度過高會容易造成瀝青老化，與集料的粘附性也會明顯降低，嚴重時會造成面層局部色澤不一致等現(xiàn)象。據(jù)國外有關(guān)試驗數(shù)據(jù)表明，瀝青混合料的溫度低于90℃，實際上已不可能再被進一步壓實。再者，盡量通過使用高效配套的碾壓設(shè)備、增加碾壓遍數(shù)等提高壓實度以減小空隙率，空隙率大的位置越多水破壞現(xiàn)象越嚴重。設(shè)法加強瀝青面層間粘結(jié)力也是有效防治水破壞的措施之一。
3.2.4 嚴格控制超載車輛。公路管理部門應(yīng)該按照《公路法》及交通部《超限運輸車輛行駛公路規(guī)定》的要求對超載車輛進行強制卸載，并在入口處設(shè)卡不得讓超載車輛進入高速公路。
3.2.5 優(yōu)化設(shè)計。瀝青面層層間應(yīng)使用防水材料，無論是何種瀝青混合料，必然有一定的空隙率存在，就會遭受一定的水破壞。在瀝青面層表面涂上防水材料，形成一種不透水的薄膜封層，能使瀝青面層中因降雨而聚集的水大大減少。
3.3 松散：松散的產(chǎn)生往往是由于瀝青混凝土面層強度不足、壓實度過小、面層內(nèi)部空隙率過大而造成的。所以為有效預(yù)防松散現(xiàn)象的產(chǎn)生，應(yīng)該做到：
3.3.1 選用合格的原材料，特別嚴格控制細集料含泥量及礦粉摻量以增強瀝青混合料的粘結(jié)力。
3.3.2 嚴格控制施工溫度及壓實效果。瀝青混合料施工溫度過高會導(dǎo)致瀝青老化，降低與礦料的粘附性；溫度過低會導(dǎo)致混合料壓實困難，造成混合料內(nèi)部空隙率過大。
3.3.3 嚴格控制瀝青混合料均勻性，防止混合料離析。
3.4 泛油：由于泛油往往是瀝青用量過大造成的，所以在配合比設(shè)計階段必須嚴格按照試驗規(guī)程進行最佳油石比的選定；在施工過程中嚴格按照工程師批準的配合比進行施工，任何人不得隨意改變生產(chǎn)配合比。
3.5 推移、壅包、波浪：推移、壅包、波浪往往產(chǎn)生在行車道上，特別是瀝青面層只有一層時，由于長期荷載作用下，因基層與瀝青面層粘結(jié)力較差而產(chǎn)生推移，推移嚴重時會產(chǎn)生壅包、波浪等破壞。所以有效防治推移等病害必須注意以下幾點：
3.5.1 加強路面基層施工質(zhì)量，提高基層平整度是有效防治病害的條件之一。再者，瀝青面層鋪筑前透層油的灑布尤為重要，透層油灑布前首先必須認真清掃基層表面浮土及雜物并且保證透層油灑布的均勻性和設(shè)計用量，提高基層與面層的粘結(jié)力。
3.5.2 有效阻止超載車輛。隨著油價上漲等原因，近年來超載車輛越來越多，與設(shè)計荷載相比超載十分嚴重。在重荷載重復(fù)作用下，特別在車輛啟動或剎車頻繁的叉路口及轉(zhuǎn)彎處瀝青路面很快產(chǎn)生破壞，推移、裂縫尤為常見。
4. 結(jié)束語
總之，瀝青混凝土路面早期病害的產(chǎn)生有多方面的因素，無論設(shè)計方面、還是施工方面都存在一些不足。鑒于目前瀝青混凝土路面病害早期化的特點，在優(yōu)化設(shè)計的同時，更為重要的是應(yīng)該加強施工管理、提高現(xiàn)場施工質(zhì)量，規(guī)范施工，盡量在提高瀝青路面使用性能的同時，延長使用壽命，提高投資效益。
