沥青路面耐久性问题探讨

吕群辉

摘 要 沥青路面耐久性受多方面因素的影响，沥青路面在自然因素、实际交通条件等外部因素和沥青混合料类型、配合比设计、沥青质量、骨料质量与级配等内部因素的作用下，常出现车辙、裂缝等路面病害，使其使用寿命很难达到设计年限。本文对影响沥青路面耐久性的相关因素进行了归类与分析，同时也针对这些相关因素分析了一些对提高沥青路面使用寿命较有效的改善措施。

关键词 耐久性 骨料 质量与级配

对沥青混合料沥青路面耐久性的研究始于上世纪，迄今已有半个多世纪，是沥青路面各种研究中最受关注、研究投入最多的课题之一。迄今，对沥青路面耐久性已进行了大量的试验研究，取得了深入的认识。1987年-1992年期间美国开展了公路战略研究计划项目，意图对沥青和沥青混合料进行深入研究，以制定与使用性能相关联的沥青和沥青混合料技术规范。

随着经济和交通运输的快速发展，车辆大型化、重载超载、交通大流量及渠化交通等逐渐成为现代交通的必然趋势和鲜明特点。公路使用条件变得日益苛刻，许多公路沥青路面建成不久，各种病害也随之而来，传统路面已难负重任，开裂、车辙、坑槽及温缩等早期破坏情况也时有发生 。沥青路面耐久性直接影响沥青路面的使用寿命及使用性能，是决定沥青路面工程寿命周期成本的关键因素。因而延长使用寿命即提高沥青混合料的路用性能，提高沥青路面在其服役期内的使用品质，显得尤为重要。本文主要从影响沥青路面结构耐久性的内部及外部两方面因素进行研究分析，总结出一套对提高沥青耐久性能切实可行的措施。

一、沥青路面耐久性分析

1.影响沥青路面耐久性的内部因素。（1）沥青质量。大多数沥青道路往往路面表层结构远小于使用寿命的年限内便出现损坏，其原因在于国内石油品质及沥青炼制工艺流程的特点，含蜡量高、延度小，温度敏感性强，沥青黏度低，劲度低，抗车辙能力弱，沥青含蜡量高，会出现横向裂缝，温度敏感性高的沥青路面开裂。（2）骨料质量。在考虑材料对沥青混合料的影响时，往往比较重视对沥青的影响，而对骨料的影响都重视的不够，而骨料质量的好坏是沥青路面早期破损的重要因素，要研究沥青混合料的性能，骨料质量差的必然结果是混合料的质量也差，故必要条件是保证骨料的质量，并结合考虑对骨料级配的控制，较好的粗骨料级配应当有较大的堆积密度，较小的空隙率，以减少沥青用量并保证密实度；总表面积小，以减少湿润骨料表面的需水量；有少量的细颗粒以满足和易性的要求。武历斌 等用大小尺寸不同的粗骨料混合试验得出，当粗石子占总石子的70%时，堆积密度最大，空隙率最低，耐久性也好，如下图1所示。

（3）混合料的配合比。沥青混合料配合比设计结果对路面性能、材料用量及工程造价有很大影响，是一项非常重要的技术工作，混合料配合比设计主要是考虑两方面内容：一是稳定性，二是耐久性。目前高级公路的沥青混合料组成的设计通常以马歇尔试验作为主要测试手段，并通过车辙试验对抗车辙能力进行辅助试验，由此来决定矿料级配和沥青用量，以确保混合料有良好的性质。

（4）施工质量。主要是严把原材料质量关以及对施工准备阶段和施工过程中的控制。购进材料时要求厂家示厂报告单，并提交试验室进行抽样检查，符合要求方可进场，使用期间严格按照规范要求的频率，进行随机抽样检查。在进行路面施工时，首先要审查施工组织计划，内容包括组织管理机构、拌和厂布置、施工质量管理体系、施工机械组织材料供应、施工进度计划、施工顺序和作业程序、环保对策、安全措施、工程保险、质量检测机构组成，仪器设备及试验评定办法等，同时要检查压路机、粒料拌和机、厂拌及路拌拌和机、自卸汽车、摊铺机、洒水车、沥青混合料拌和设备、装载机等施工机械是否已按要求进场。施工过程中要把好各道工序质量关，严格按施工规范要求施工，应不得在雨天施工，当施工中遇雨时，应停止施工，雨季施工时必须切实做好路面排水。

（5）设计质量。高等级路面设计应考虑周到，如设计深度不足，照搬标准、抄项目、理论与实际脱节严重，对于车流量的增加没有远见，还没有到达设计年限路面已经严重破坏等，所以设计时应提前做好准备，考虑要全面，充分发挥沥青路面原有的耐久性能。

2.影响沥青路面耐久性的外部因素。（1）温度变化。高温对沥青耐久性的影响是由于热能加速沥青分子的运动，施工加热引起沥青中轻质油分挥发外，还能促进沥青化学反应的加速，导致沥青技术性能降低及沥青质量严重劣化。温度的升降与沥青混合料的抗变形能力和强度成反比。温度升高时沥青的黏滞度降低，矿料之间的黏结力削弱，导致强度降低。在车辆的重复荷载作用下在停车地点和行车变速的路段上路面发生累积变形，并且受到很大的水平作用力，大体上与垂直应力相当。若沥青混合料的高温稳定性不佳，路面则会产生较大的剪切变形，这就导致路面的破坏。沥青路面程度随温度而变化的幅度很大，气温急骤降温时，则会在路面结构上产生温度梯度，当遇降温则路面面层收缩，面层会产生拉应力。面层开裂的原因为此时的沥青混凝土强度小于拉应力。沥青路面损坏开始始于路面裂缝的出现，随着低温循环的影响，裂缝会进一步扩展随后雨水由裂缝渗入路面结构，逐渐导致路面工作状况恶化，则最终导致路面的使用性能受较大的影响。

（2）疲劳性能。疲劳性能是指沥青混合料在反复荷载作用下抵抗破坏的能力，从疲劳的观点看，沥青混合料的劲度模量是一个重要的材料特性。

（3）水损害。沥青材料由不同分子量的碳氧化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物呈液态、半固态或固态，是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料，由于其本身的技术特性很复杂，因此是水性与其许多技术特性有关，此外沥青路面的透水性与沥青混合料的空隙率也有较密切的关联，从耐久性的角度出发，空隙率越大的混合料其耐久性较差。

（4）沥青老化。石油沥青是由油分、树脂、沥青质组成，在沥青路面施工及使用过程中，由于沥青组分的挥发，在空气中的氧、光和热的综合作用下，随着时间的推移，沥青组分发生变化其油分与树脂渐渐失去，其流动性减弱，黏度增强，硬度增大，具有一定的脆性，导致路面沥青性质发生变化，即老化在沥青使用过程，氧、热、时间是影响沥青质量的三大重要因素，其中影响沥青老化程度的关键是时间的长短，引起沥青老化变质的主要原因是氧的存在，促进沥青老化的主要外部条件则是热，另外水、紫外线也是引起沥青老化的重要因素，老化后的沥青会使其低温性能降低及损失，铺筑路面后可导致沥青路面出现严重龟裂。

二、沥青路面耐久性改善措施

对于沥青路面耐久性主要从以下五个方面进行改善。

第一，从生产沥青的原油和改善沥青性能着手，使用沥青的防老化添加剂，如抗氧化剂、光屏蔽剂、淬灭剂等：使用聚合物改性沥青，如PE改性沥青、EVA改性沥青、鞋玛改性沥青等。

第二，控制车辙，车辙是工业发达国家高速公路上的主要病害，是路面使用性能降低和导致损坏并要求进行路面维修的最主要原因。影响路面车辙深度主要有两个因素：通常不能控制的客观因素，如交通和气候条件；可以控制的因素，如沥青混合料的强度和沥青路面结构、添加纤维等。

第三，沥青路面防裂，整体施工完毕后，增加锯缝工序。在面层上预锯缝是减少温度裂缝的有效措施，锯缝的间距随各地气候条件和沥青质量而变，应通过试验确定。锯缝深度应不小于1/2面层厚度。采用纤维混合料结构，以增强沥青混合料的抗缩能力和抗折强度。对于沥青混合料，在考虑热稳定性的同时，根据不同自然条件注意其低温稳定性。

第四，减少水对沥青混合料的影响，应采取的措施：加入外掺剂，控制水稳性损坏的两种外掺剂主要包括化学外掺剂及石灰外掺剂。足够的压实，减少使用水敏性材料集料，良好的排水系统，密封沥青集料混合料表面和处治对水敏感的集料和沥青。

第五，提高基层质量，保证半刚性材料（基层）的强度和抗冲刷能力。材料的抗冲刷能力与强度和级配集料中小于0.075 nun颗粒的含量密切有关。强度不足的基层容易产生唧浆现象。唧浆后面层局部变形，雨水再次侵入，再次唧浆，如此恶性循环，导致沥青面层产生坑洞，从而使沥青路面破坏。保证基层的施工质量，包括拌和与铺筑的均匀性以及铺筑后的高程和平整度。应采用集中厂拌法拌和混合料外，还应该用摊铺机摊铺混合料。

三、结束语

沥青路面的病害严重影响了道路的使用性能，给国家造成了极大的经济损失，应引起足够的重视。随着道路等级的不断提高，交通量的逐年增大，重载车的日益增多，沥青路面面临严峻考验。虽然经过众多公路行业专家同仁的共同努力，沥青路面的整体质量有了很大提高，但还需要我们做进一步的研究与探讨，相信通过不断的经验积累和深入的科学研究，会逐渐减少沥青路面病害现象的发生。

参考文献

[1]张春光.沥青路面耐久性影响因素及改善措施[J].石油沥青，2007.04.

[2]徐亦航.沥青路面技术性能研究.西安：长安大学硕士学位论文，2007.6.

[3]马伟.谈提高沥青路面耐久性的措施[J].中国科技博览，2011.4.

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[5]中华人民共和国交通部.公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）.北京：人民交通出版社，2004.