沥青砼路面早期病害损坏机理浅析

2010-12-31张立晓

中国新技术新产品 2010年8期

张立晓

（汕头市公路工程监理有限公司，广东汕头 515041）

在最近十年，广东省高速公路建设步伐加快，在后期的高速公路建设中，沥青砼路面结构应用最为广泛。在快速发展的背后，伴随出现了一系列关于路面质量的一些问题，例如，如何提高沥青砼路面质量，如何延长沥青路面使用寿命，如何降低沥青路面大修的养护成本等等这些，已经成为了一个个摆在我们面前需要去克服去攻坚的难题。为此，为解决好这些问题，我们必须对沥青砼路面进行深入研究，对它的损坏机理，以及在设计和施工方面所应统筹考虑的技术问题进行全面了解，以期能解决路面早期损坏问题，以有效地提高路面质量。下面，就让我们来了解一下，沥青砼路面在设计和施工时，我们必须该解决好哪些主要问题。

1 沥青路面损坏机理分析

高速公路沥青路面的技术实践大体上可以分为3个阶段。第一阶段大体在1996年以前，这个阶段的实践总体上比较成功，路面上的主要问题以及研究的重点是防止半刚性基层引起的反射裂缝。第二阶段大体是1997年至2001年，这个阶段的主要问题是片面地追求路面平整度，造成路面压实度不足，空隙率过大，产生了大量的“水损坏”，研究的重点是治水。第三阶段大致是2002年至今，这个阶段的特点是为了减少水损坏而采用了不同类型的密实型混合料，同时大大提高了路面的整体强度，而出现的路面问题则主要是车辙。

对路面损坏机理的认识，是一切路面活动的基础。我们通过对沥青路面设计理论和工程实践的分析，认为造成目前路面大量早期损坏的原因不能够简单地归结为施工质量问题或材料质量，而是有其深远的理论原因和认识原因。沥青路面的龟裂、车辙、低温开裂等是长期以来存在的损坏现象，也是路面设计时重点控制的损坏类型。而在调查中表明，随着路面结构强度的提高和路面损坏期的提前，路面出现了许多新的损坏类型，如斑状泛油、压密泛油、内部松散、新型泛浆、新型沉陷、坑洞、车辙、新型龟裂以及离析等现象。这些损坏，不论是其形态还是其形成的原因都与传统的损坏不同。传统的损坏出现得越来越少，有些已经不再出现，而这些新型的损坏却出现得非常频繁。所以，按照传统的理论来加强路面结构不仅没有效果，有时甚至是适得其反。

目前沥青路面实践中有三类损坏是尤其需要重视的：一个是车辙；一个是新型龟裂（纵向平行裂缝）；另一个则是混合料的均匀性，即离析。

传统理论认为，产生车辙的主要原因是沥青混合料的热稳定性不足，为此人们花费了高昂的代价去提高沥青混合料的质量，如采用改性沥青、提高集料质量、采用SMA或同时使用多种措施等。应该说这些措施对控制车辙的产生起到了一定的作用，但车辙出现的速度和深度仍大大超出了传统理论的预期。据研究认为，路面车辙的产生除了混合料本身的原因之外，还有结构因素，过于刚性的基础结构容易诱发车辙。这虽然是更为重要的因素，却是被完全忽略了的因素。

为了保证路面结构的寿命，相关部门通常将路面结构设计得非常强，意在使路面弯沉非常小。这样的结构对于防止传统的弯拉疲劳开裂（自下而上）有效，但是却增大了沥青层内的剪切应力，而这个剪切应力恰恰就是产生车辙的主要外因。所以要解决车辙问题，仅仅着眼于材料特性的改进是不够的，还应该综合考虑结构设计因素，进行综合治理。

另一个是损坏中的新型龟裂。一般认为，路面龟裂源自弯拉疲劳效应，产生于沥青层底面并自下而上扩展。而根据有关调查和研究证明，在重交通作用下路面上的龟裂损坏是自上而下的，一般产生于表面3厘米的深度范围内并向下发展。产生这类损坏的原因并不是弯拉疲劳作用，而是路面表面的剪切疲劳。随着沥青层厚度的增加，产生于沥青底面的弯拉疲劳开裂越来越少，而产生于沥青层顶部的剪切疲劳开裂将越来越普遍。所以，采用传统方法、措施去解决自下而上的损坏，难以解决自上而下的损坏。

再一个值得强调的问题是沥青混合料的均匀性，即大量存在的离析。传统上人们没有把混合料的均匀性当做一个严重问题来看待，没有采取严格的措施予以控制，只要求施工时认真就可以了。而随着交通量的增大，均匀性已经成为决定路面质量的主要因素之一，应该引起充分注意。

将路面早期水损坏的主要原因归结于路面空隙率过大，又将空隙率过大的原因归结于压实不足，这确实是早期路面空隙率过大的主要原因，但却比较容易解决；实际上，混合料的离析不仅是造成局部空隙率过大的另一个主要原因，而且是比较难以解决的技术问题。可以说，路面大部分早期损坏类型都是起源于混合料的不均匀，这已经成为决定路面质量的重要因素：一旦混合料发生离析，一切关于材料设计的努力都变得徒劳了。

路面压实度不足，有时也是混合料离析引起的，仅检测路面的平均压实度，往往不能客观地反映问题，还应该考虑其变异性。当混合料发生离析时，仅仅依靠提高压实度难以达到减小空隙率的目的，甚至会造成集料碎裂而适得其反。

另外，随着我省经济的快速发展，公路上的超载运输现象十分普遍和严重，超载无疑也是造成路面损坏的重要原因。当荷载超过设计标准时，对结构的破坏是必然的。我国高速公路的早期损坏，与超载的大量存在具有直接的关系。目前，对于超载的治理已经取得了显著效果。但是要彻底限制超载，仅靠行政性的推动和临时性的检查是不够的，还需要从两方面的工作进行改进，一是建立长效的综合机制；一是准确地深化对超载的认识，重新厘定关于超载的定义。以确实保护沥青路面的使用质量。

2 设计与施工对路面质量的影响

路面在使用实践中所暴露的大量问题，促使我们对路面设计理论、设计方法、材料选择和施工过程进行反思。实际上，目前大量出现的路面早期损坏是现行理论和规范所难以做出更深解释的。虽说设计方法基于力学，但分析的范围和所考虑的主要受力方式，相对于目前复杂的荷载状况而言却过于简单。对于不同的路面结构，对其使用性能变化规律的认识不够清楚，更缺少定量的研究；初步考虑了环境因素对路面力学参数的影响，但忽视了环境因素对路面性能的影响，而后者则是更为重要的。对材料的要求与对结构的要求还缺少“相容”性，对材料性能的定量标准还处于经验阶段。在低等级道路的实践中，上述问题没有暴露得很充分，片面地认为已经基本掌握了路面设计的主要关键技术，没有给予足够重视，以致于常常把局部出现的问题归结为施工原因，而当将上述方法用于高等级公路、尤其是高速公路的路面实践时，这些问题就变得非常突出了：以前轻交通道路路面设计理论和方法的简单外延与重交通路面的要求尚有较大距离；路用材料只有技术标准而缺少严格的工业标准；许多试验参数不适用于重交通道路。在施工和材料供应领域，虽然我们拥有现代化的生产工具，但由于没有工业化、现代化的思想和措施，难以在规模建设的条件下从根本上保证工程的质量。因此，完整地掌握高等级重交通沥青路面技术，仍是摆在科研、施工队伍面前的现实而紧迫的任务。

此外，目前许多高速公路面临加宽的问题，简单地加宽并不是一个明智的选择，如果在加宽过程中将客运交通与货运交通分离，建设平行线而不是直接加宽，不论对于路面技术还是对于交通安全、交通效率都是更为有利的。