浅谈沥青混凝土路面病害的成因及控制措施

薛向东

摘要:文章对沥青路面早期病害出现原因进行了分析,根据自己的工作经验并针对其产生的原因提出了一些如何控制的措施,供广大工程技术人员参考。

关键词:沥青路面病害措施

0 引言

沥青混凝土路面在我国的各种道路形式中占很大比例,与水泥混凝土等路面相比,沥青混凝土路面具有表面平整、抗滑性好、行车舒适、噪音小等优点。但是,随着经济的快速发展,道路交通量日益增大,使道路路面面临严峻的考验,很多沥青路面均表现出一定的早期破坏,沥青混凝土路面最常见的病害现象有:裂缝、水破坏、松散、泛油等,路面的各种典型病害,不仅大大的缩短了道路的使用寿命,严重影响道路的正常使用,而且对道路的使用性能产生不利影响。文章就以上几种常见病害的成因进行分析,针对公路沥青路面几种常见病害的产生机理,提出防治病害产生的建议,并给出其整治方法。

1 沥青混凝土路面早期病害成因分析

造成沥青混凝土路面早期病害的因素很多,但综合起来主要有路面结构设计不合理、现场施工质量控制不严、投入运营后超载车辆管理不严、气候条件影响等四个方面。下面就以上几种最常见的沥青混凝土路面早期病害成因逐一进行分析:

1.1 裂缝 高速公路沥青混凝土路面裂缝主要有纵向裂缝和横向裂缝两种。纵向裂缝的产生主要是由于地基和填土在横向不可避免的不均匀性所造成的,特别是在旧路基拓宽地段,由于土质台阶处理不规范、分层填筑厚度及压实度控制不严,尤其在有表面水渗入的情况下,这些地段往往是纵向裂缝的高发区。

和纵向裂缝一样,横向裂缝也是不可避免的。横向裂缝的产生往往是由于温度应力的作用而产生的疲劳裂缝。这种温度裂缝往往起始于温度变化率最大的表面并很快向下延伸,并随着时间增长造成沥青老化,沥青面层的抗裂缝能力逐年降低,温度裂缝也随之增加。面层裂缝一旦发生冲刷、唧浆就会产生以缝为中心的下陷形变,同时引起裂缝两侧产生新裂缝甚至碎裂破坏。

1.2 水破坏 所谓水破坏即降水透入路面结构层后使路面产生早期破坏的现象,它是目前沥青混凝土路面早期病害中最常见也是破坏力最大的一种病害。水破坏的主要破坏形式有:网裂、坑洞、唧浆、辙槽等。水破坏的产生往往是由于施工中沥青混凝土配合比控制不严、沥青混合料拌合不均、碾压效果不良等导致的沥青路面空隙率过大所造成的。采用半开式(Ⅱ型)沥青混凝土表面层时,产生的水破坏尤为严重。

当水透入沥青面层并滞留在半刚性基层顶面时,在大量高速行车作用下,自由水产生很大的压力并冲刷基层混合料表层的细料形成灰浆,灰浆又被行车压唧,通过各种形状不一的裂缝(纵、横、斜裂缝及网裂)到路表面形成唧浆。在灰浆数量大的情况下,可能很快形成更为严重的裂缝,在数量小的情况下,可使路面形成网裂或形变。某处一旦有灰浆唧出,该处很快就会产生网裂和形变,随后的降水就更容易透入,并形成恶性循环,最终导致路面严重破坏。

1.3 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主要原因。可能导致松散的情况还有:

1.3.1 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粒上,表面的摩擦力磨掉沥青膜,并使集料颗粒脱落。这种情况的产生主要是由于集料含泥量超标所造成的。

1.3.2 表面离析处往往缺少大部分细集料,离析面上粗集料与粗集料相接触,但只有在少数接触点沥青膜与集料粘结。随时间增长,沥青会老化,沥青膜剥落会使沥青与集料的粘结力减弱,孔隙中的水冻结会破坏粘结力,或足够大的摩擦力会破坏离析面上的集料颗粒而产生松散。

1.3.3 沥青混凝土面层要有高密实度才能保证沥青混合料的粘聚力,如果混合料密实度不够,集料就容易从混合料中脱落而形成局部松散。

1.4 泛油 沥青从沥青混凝土层的内部和下部向上移动,使表面有过多沥青的现象称作泛油。新建沥青混凝土路面在通车后的第一个高温季节,特别在连续多天高温后,在大量行车特别是在重载车辆作用下进一步压实,易导致沥青混凝土内部过多的自由沥青向上移动,产生泛油现象,油石比偏大地段表现的尤为明显。高温季节雨水侵入沥青混凝土内部后,如沥青与矿料的粘结力不足,沥青很快会从集料表面剥落并向上移动,产生更严重的泛油现象。在绝大多数情况下,泛油仅产生在行车道上,而且是间断式的片状分布。

2 沥青路面病害防治措施

沥青路面常见病害的防治应从设计、施工和路面维护三个方面着手,只解决一个方面的问题是不够的。

2.1 设计规范的修改 从目前的设计规范来看,在车辆荷载等级换算方面可能有较大的偏差,特别是应考虑特大车辆荷载对路基路面所产生的影响,其换算关系不是简单的倍数关系。高等级公路在选材方面应有严格的标准要求,路面结构层承载能力应适应当前和在设计年限内交通发展的需要,不能片面追求路面的里程量,而降低路面标准。一方面是为了省钱用国产沥青替代进口沥青,另一方面结构层的设计偏薄,路面基层、底基层满足不了行车荷载的作用。从综合效益来看,由于节省资金造成的路面破坏远比多修几公里路所产生的经济效益大得多。

2.2 沥青混凝土的压实质量控制技术 在沥青混凝土道路施工中,对沥青混凝土必须进行压实,其目的是提高沥青混凝土混合料的强度、稳定性以及疲劳特性。所以压实质量的好坏直接影响到沥青路面的平整度、密实度。良好的路面质量最终要通过碾压来实现,因此必须重视压实工作,深入研究压实质量的控制技术。

2.2.1 重视设备的选型与组合 从沥青混合料的特性出发,恰当选择压路机的大小、最佳频率与振幅是关键性前提条件。选择碾压机型的基本原则应是:在保证沥青混凝土碾压质量的前提下,选择最少的压路机,提高工作效率。

2.2.2 适时调整工艺参数 经过摊铺初期的仔细观察、测量和试验发现:由于气温变化较大和风速的影响,使得混合料的冷却速率较快,压路机有效压实时间缩短,压实跟不上,于是将原来50m碾压长度改为30m,并且更换了一台压路机,由生产率较大的DD110代替生产率较小的CC21。美国英格索兰DD110压路机也是两轮振动,生产率高,钢轮宽达1980mm,激振频率为31～42Hz,激振力为35.7～133.4kN,振幅为0.46～0.94mm。由于DD110的频率、振幅、激振力可调范围大,轮宽而引起轮迹的机会少,因而工程质量得到保证,并取得了满意的结果。不但压路机能与摊铺机匹配,而且路面平整度均方差也由原来的0.65mm提高到0.60mm左右,部分路段达到0.52mm。

2.2.3 严格压实作业的程序及操作要求 压实分为初压、复压和终压三道工序,初压的目的是整平和稳定混合料,这是压实的基础,因此要注意压实的平整性。复压的目的是使混合料密实、稳定、成型,混合料的密实程度将取决于该道工序。终压的目的是消除轮迹,最后形成平整的压实面。所有这些都必须严格作业程序和操作要求。

①压实程序 初压时,采用了YZC10B振动压路机(关闭振动装置)压两遍,速度控制在1.5～2.0km/h,温度控制在110℃～130℃。初压后,随时检查平整度、路拱,必要时予以修整。如在碾压时出现推移,则等温度稍低后再压。

复压时,首先采用YL16胶轮压路机压两遍,由于在胶轮压路机进行压实时,沥青路面与轮胎同时变形,接触面积大,有揉合的作用,因此压实效果好。同时,胶轮压路机不破坏砾石的棱角,使砾石互成齿状,路面有更好的密实度。然后采用YZC10B、DD110各振动压实两遍,以提高路面的密实度。最后,用YL20胶轮压路机压两遍。并始终将复压的温度控制在90℃～110℃,速度控制在4～5km/h。

终压时,用DD110压两遍(关闭振动装置),消除轮迹,形成平整的压实面。并将终压温度控制在70℃～90℃,速度控制在2.5～3.5km/h。

整个压实过程共压实12遍,不但生产率高,工程质量也得到了保证。

②压实应注意的问题 首先,为了保证压实质量,我单位特意编发了《压路机操作手规程》,对压路机操作手进行培训。

在碾压过程中,为了保持正常的碾压温度范围,每完成一遍重叠碾压,压路机就向摊铺机靠近一点,这样做也可避免在整个摊铺层宽度上,在相同横断面换向所造成的压痕。变更碾压道应在碾压区较冷的一端,并在压路机停振的情况下进行。

碾压中,要确保压路机滚轮湿润,以免粘附沥青混合料。有时可采用间歇喷水,但应防止水量过大,以免混合料表面冷却。

压路机不得在新铺混合料上转向、调头、左右移动位置或突然刹车。碾压后的路面在冷却前,任何机械不得在路面上停放,并防止矿料、杂物、油料等落在新铺路面上,路面冷却后才能开放交通。

③提高压实质量的关键技术 碾压温度:碾压温度的高低,直接影响沥青混合料的压实质量。温度过高,会引起压路机两旁混合料隆起、碾轮后的摊铺层裂纹、碾轮上粘起沥青混合料及前轮推料等问题。温度过低时,碾压工作变得困难,易产生难消除的轮迹,造成路面不平整,甚至导致压实无效,或其它副作用。因此,必须严格控制压实温度,使初压为110℃～130℃,复压为90℃～110℃,终压为70℃～90℃。

选择合理的压实工艺、压实速度与压实遍数:合理的压实工艺、压实速度与压实遍数,对减少碾压时间、提高作业效率十分重要。选择碾压速度的基本原则应是:在保证沥青混合料碾压质量的前提下,最大限度地提高碾压速度,从而减少碾压遍数,提高工作效率。必须严格控制压实速度,使初压为1.5～2.0Km/h,复压为4～5Km/h,终压为2.5～3.5Km/h。因为速度过低时,会使摊铺与压实工序间断,影响压实质量,从而可能需要增加压实遍数来提高密实度。碾压速度过快时,会产生推移、横向裂纹等。靳睢段施工中将压实遍数定为12遍,既保证了碾压质量,又提高了碾压速度。

选择合理的振频和振幅:振频主要影响沥青面层的表面压实质量。振动压路机的振频比沥青混合料的固有频率高一些,则可获得较好的压实效果,施工中选取的振频为43Hz。

随时监测碾压质量:由于沥青路面施工只有两层,因此,应十分重视下面层的碾压质量,碾压后,随时用6m直尺进行检测,不平整的地方当即用振动压路机修正,确保下面层的平整度均方差小于1.2mm,为上面层的施工打下良好基础。

2.3 加强养护管理 经验表明,科学有效的养护不但保证沥青路面的服务性能,也是防止病害进一步发展,节省养护资金的有效手段。

3 结束语

路面早期破损已成为沥青路面的主要危害之一,各级相关部门应引起足够的重视,并根据其成因从路面设计、原材料进场到具体施工,有针对性采取一系列预防和改善措施。同时,必须建立健全质量保证体系,从管理部门、设计部门到施工部门,层层重视、层层控制、层层落实。只有这样,才能从根本上减少沥青路面的早期破损现象的发生,使公路建设质量全面提高,更上新台阶。

参考文献:

[1]JTJ73.2-2001.公路沥青路面养护技术与规范[S].北京:人民交通出版社.2001.

[2] JTGF40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].北京:人民交通出版社.2004.

[3]张登良.沥青路面工程手册,人民交通出版社.2003.

[4]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能,人民交通出版社.2003.