福建省半刚性基层沥青路面破损及处治浅析

2016-10-09黄育妙

福建交通科技 2016年4期

关键词：探槽刚性面层

■黄育妙

（福建路桥建设有限公司，福州　350001）

福建省半刚性基层沥青路面破损及处治浅析

■黄育妙

（福建路桥建设有限公司，福州350001）

半刚性基层沥青路面是早期福建省最常见的高速公路路面结构型式，该结构易导致由路基引发的反射型路面早期破坏。本文以福建省某高速公路为例，根据不同的病害类型及路面几何线形特征选取代表性的点位，通过挖坑探槽直观地观察沥青路面内部破坏情况，并进行规律性总结和破坏机理分析，最后提出针对不同病害的处治办法。

半刚性基层挖坑探槽病害机理病害处治

1　概述

福建省某高速路面位于东南沿海，潮湿多雨，建成通车多年。路面结构层从上至下依次为 4cmAK-16A、5cmAC-20Ⅰ、6cmAC-25Ⅱ、30cm5%的水泥稳定碎石、22cm3%的水泥稳定碎石。经过多年的运营，路面损害严重，由基层引起的反射型病害众多。通过对病害处的挖坑探槽分析沥青路面病害的产生及发展，对病害表现和机理进行总结分析，为后续路面大修或改扩建工作提供科学依据。

2　挖坑探槽

根据路面检测结果和不同的病害类型及路面几何线形特征，有代表性在该高速公路沿线主车道选取了10个点，进行取芯与挖坑探槽，找到病害的深层原因，并进行对照、统计。选取点的病害类型有横裂、纵裂、龟裂、沉陷、坑槽等，在平路、上下坡段都取了相应的点。下面主要介绍挖坑探槽路面的病害情况。

大部分路段沥青混凝土表现为沥青膜剥离、石料裸露并伴有泥浆、混合料内部潮湿松散；再往下，半刚性基层呈不同形状开裂，并可见烂泥，如图1。这种路段在雨天的时候，即可看见泥浆通过裂缝向上涌，整个路面沿裂缝边泛黄，雨停路表干燥时，表面裹着一层泥灰，既破坏了路面质量，又影响了路面美观。

10个病害点挖坑探槽的表面、内部病害特征如表1所示。?

表1　　挖坑探槽结果

10个点挖坑探槽的结果反映了一些典型的特征：

⑴具有裂缝的位置水稳基层均有不同程度的开裂，有的甚至四分五裂、板体松散脱空，可以看到潮湿的唧泥；

⑵内部沥青混合料潮湿松散，沥青无粘性；

⑶粗集料沥青膜基本脱落，石料裸露。

由此可判断，半刚性基层沥青路面的破坏主要是由于半刚性基层的开裂，由此引发反射裂缝及水损害引起的。其次，沥青的老化致使粘结性能的衰退亦是一重要因素。

同时还发现在上下坡路段，内部沥青混合料不如一般路段潮湿，面层病害并不特别严重的地方基层病害却出乎意料的严重，该现象表明此处基层病害对路面病害的反射程度较轻。

3　病害机理分析

3.1裂缝

半刚性基层的反射裂缝一般有温缩和干缩裂缝两种。半刚性基层材料属于水硬性材料，竣工后，其强度和刚度随着龄期的增长而不断增大。水泥稳定碎石基层对温湿度敏感，极易导致在铺筑面层前就产生温缩和干缩裂缝，由于下卧层和该层的摩阻作用抑制其收缩，从而在该层内部产生拉应力，当此应力超过其抗拉强度时，即发生断裂。当半刚性基层开裂后，在沥青面层和半刚性基层间的裂缝处形成一个薄弱点，因荷载和温度应力的共同作用，在该点沥青面层底部产生应力集中，极易引起开裂，并逐渐扩展到路表。

另外，在软基或者填方路基地段，由于处理不当或压实不足等原因，发生土基下陷导致水稳基层塌落断板开裂，引起面层的反射裂缝。反射裂缝一般为横向裂缝，其间距取决于气候条件、沥青面层厚度、路面结构层材料的抗裂性能等。当日夜温差大、面层较薄、路面基层面层材料抗裂不佳时，裂缝间距小；反之，裂缝间距较大。

反射裂缝一经出现，水分便趁机进入基层顶面，在车轮动载的反复作用下产生动水压力不断冲刷基层，引起基层细料的流失，面层沥青膜的剥离，表现为唧浆。久而久之，裂缝越来越大，细料及沥青流失越来越多，在龟裂处，由于细料的逐步散失，路面发生轻度的沉陷，在离析处，因沥青的老化和脱落，集料特别松散，容易形成坑槽。在上下坡路段，水稳层对面层的反射病害不如一般路面，这是由于这些坡段排水性能良好，水不会停留在基层表面对路面内部造成反复冲刷。但同时水会渗入底基层，湿软底基层和土基，使整个路面承载力下降，甚至发生沉陷，大大降低半刚性基层沥青路面的使用寿命。

3.2沥青老化

沥青属高分子材料，内部主要含四组分，饱和分、芳香分、胶质、沥青质［2］，在光和热的催化氧化下，发生长期老化，饱和分、芳香分减少，沥青质渐渐增多，沥青变硬变脆，弹性增强［3］，粘结力大大降低。1984年Peterson将沥青老化的原因归纳为三条，分别是：①通过挥发和吸收使沥青油分减少；②与空气中氧反应，使沥青组分发生变化；③沥青分子结构产生触变位阻导致硬化［4］。无论是哪种原因，无非都是从根本上促使沥青组分由轻质向重质的转变，由小分子向大分子的转变。当沥青混合料遇到水时，由于石料的亲水性强于亲油性，沥青膜发生剥离，随着时间的推移，沥青老化程度的加深，这种剥离越来越容易，剥离面积越来越大，直至剥落殆尽。在有动力水的作用下，沥青膜的剥落更快，尤其是石料的棱角处，沥青膜本身较薄，在动水力冲击下首先发生破裂剥落。

3.3本路段沥青路面病害发展过程

本段高速公路沥青路面位于多雨区，属半刚性基层结构，面层为半开式沥青混凝土结构。反射裂缝数量较多，雨水经常渗入，加之该段车流量较大，重载车多，加速了动水对沥青路面的破坏，加快病害的发展。同时，中下面层均仅采用重交沥青，面层空隙大，加速了沥青的老化，通车十多年沥青老化严重，粘性散失，造成沥青混凝土内部松散。本路段的半刚性基层沥青路面反射型病害发展过程如图2所示。

4　病害处治办法

根据以上分析，针对本工程的病害主要采用如下处治方式：

4.1灌缝法

在本路段一些经过大中修的路段，沥青老化程度尚轻，路面的轻度裂缝往往在高温季节能够自愈合，可采用灌缝法处治。本工程相应施工段落采用了开槽灌缝的修补工艺，采用了压力灌缝机和改性高分子聚合物沥青灌缝材料。该种材料具有良好的弹性、流动性和粘结力，不受季节和气候的影响，而且可以迅速开放交通。

开槽槽口尺寸至少为宽1cm，深1.3cm，深宽比不超过2：1。主要流程为：首先对裂缝进行开槽处理，槽口要求精确和规则，尽量避免槽口周边材料的轻度剥落；使用空压机清理开槽后的裂缝，将切割后的碎屑和裂缝中的杂物清理干净，确保槽口干净且无残留水分；然后进行热施工，在路面温度不低于40℃时进行灌缝，将密封胶预热30min以上，加热至工作温度后由压力灌缝机进行施工。施工结束后自然冷却15min后即可通车。细小的裂缝，则应先用盘式铣刀进行扩缝，再做处理。

4.2微表处法

在轻微病害或路表被磨光的的路段，采用微表处进行处理。在铺筑过程中，裂缝的水分不需要专门吹干。施工后，乳化沥青渗入裂缝中，待其破乳水分蒸发，达到修补裂缝的目的，同时改善路表的抗滑性。微表处采用宁德某料场石料，325号水泥与某进口品牌改性乳化沥青。矿料级配见表2，混合料配合比见表3。

表2　微表处矿料级配

表3　微表处混合料配合比

4.3罩面法

在病害严重且较为连续的路段采用重铺沥青混合料罩面的方法进行施工。沥青路面抗滑表层铣刨后，对原沥青路面存在反射裂缝等破损较为严重的部位一次性处理到5%的水泥稳定碎石基层或3%的水泥稳定碎石底基层，根据现场实际情况对路基土槽进行相应处理，处理结束达到要求的养生条件后，最后铺筑一层新的抗滑表层，一般选用中粒式或者细粒式沥青混合料作罩面，厚度在1.5～4cm。罩面前先在干净的原路面喷洒粘层沥青，而后铺土工布或应力吸收材料，提高修补后的防裂效果。所采用的沥青混合料石料选择考虑到运距，采用就近原则，沥青选用SBS改性沥青，同时掺入3%-4%掺量的抗剥落剂。表4与表5即为典型的AC-16C沥青混合料目标配合比级配及其性能。