高速公路路面裂缝产生原因及预防性养护技术

田 瑞 生

(山西交通控股集团有限公司晋中高速公路分公司，山西 晋中 030600)

0 引言

高速公路运行后，虽然历经多年的养护，但是仍然会出现各种问题，如裂缝、坑洞、沉降、车辙印等。其中，国内的高速公路面对裂缝威胁最为常见。由于沥青材料的特殊性，在高温高热分解后会导致粘结力下降，出现裂缝，进一步削弱公路的通过性。对此，笔者建议在加强日常养护的同时，采用预防性养护施工，尽可能的延长高速公路的使用寿命。

1 高速公路路面裂缝产生的原因

1.1 环境因素

沥青受限于材料，其性能容易受到外界温度影响，是一种感温较强的材料。因此，导致高速公路路面出现裂缝的最大因素就是环境温度因素。温度较低时，沥青劲度模量会升高，冷脆性增加，沥青铺盖在混凝土上，其应力不会随着温度降低而提高，温度降低导致的混凝土收缩应力超过沥青的抗拉强度，导致沥青路面开裂。这种裂缝最初只是集中在里面表层，随着裂缝深度的不断增加，一旦遇到气温突然降低或升高，使混合料劲度模量难以保持稳定。反复出现气温的升降、暴雨、大雪等极端恶劣天气，导致表面沥青的疲劳强度降低，应力松弛性能下降，最终导致小裂缝连成线，形成大裂缝，大裂缝连成网，形成坑洞和结构性破坏。

1.2 材料因素

高速公路选择的沥青大多属于混合料胶结沥青，其混合料配比对抗裂性有着较大的关系。高速公路路面裂缝出现与沥青材料性能有着密切的关系，根据我国某省级高速公路企业对路面裂缝较严重的路段的沥青回收实验数据证明，混合料比例较低的沥青较正常比例沥青材料的渗水系数、路面软化程度、低温延展性、都有着较大的衰减。沥青质和饱和分含量明显增加，甚至数倍于原先材料，胶质和芳香酚下降较大，抵抗分裂应力的能力明显不足，老化程度较大。

1.3 施工因素

沥青路面是我国公路路面的主要结构形式,沥青路面结构层可由面层，基层，垫层组成。施工因素也是导致高速公路路面裂缝出现的重要原因。根据当前路桥工程的施工规范，大多数高速公路都能做到对上中下三层集料的均匀布置。但是许多工程施工过程中，面层的细骨料偏多，增加了混凝土中的密级配混合料细骨料。路面铺装完毕后，难以负担高温环境下的路面荷载，加快了沥青粘结应力的流失，导致沥青老化。

1.4 养护因素

长期以来，我国公路管养以矫正性养护为主，即在道路出现局部或大面积损坏时，采取维修保养的方式进行维护。这种养护方式恰恰贻误了道路养护的最佳时机，其缺陷和所带来的问题不容小觑。沥青路面由于受环境、气候、交通荷载等诸多因素的影响，会出现沥青有机质氧化、老化、沥青质流失、弹性下降、骨料外露、松散、裂痕、坑槽等病害。在病害出现初期，如不采取有效措施加以治理，病害就会迅速扩大继而恶化，严重影响道路的运营质量和行车安全，后期治理的难度和费用也会成倍的增加。

2 高速公路路面预防性养护技术创新

根据高速公路路面裂缝的成因和养护维修措施，我国企业逐渐研发了许多新的技术，这些技术从施工阶段来看主要分为常规养护和新技术预防性养护。

2.1 常规养护方法及缺点

根据现有的技术，高速公路路面预防性养护的常规方法有微表处、稀浆封层、雾封层、薄层罩面等。针对路面出现的局部破坏如裂缝、坑塘、松散、龟裂、壅包、沉塘等病害，通常采取就地热补的方法，将破坏区域的旧沥青混合料全部清除，然后用热沥青混合料重新填入压实。这种修补方法由于冷接缝，冷热相间的沥青边缘会留下缝隙的隐患，一旦碾压不到位会使路面在短时期内再次受损，且大量的旧沥青混合料被废弃，造成了资源的极大浪费和环境污染。

2.2 预防性养护新技术——XMLY再生修复技术

2.2.1新材料养护适用条件

XMLY材料全称XMLY沥青路面再生修护剂含有高分子活化物质和纳米材料，可充分渗入道路沥青层孔隙和微细裂缝，并与之发生物理和化学反应，对老化的沥青进行浸润激活，还原沥青的三大指标，增加沥青基质，重新粘合集料，阻止路面沥青老化，恢复沥青原有性能，浸润激活沥青后在路面形成密封保护层，能彻底阻断路表水分渗入道路基层，对解决我国严寒气候条件下的路面冻融裂缝问题有独特的效果。

主要适用于出现早期微裂缝、路表集料松散、麻面及路面渗水严重等早期损坏，具体如下：主要适用于原路面路表产生了微小裂缝，裂缝宽度在1 mm～3 mm左右。原路面路表松散，甚至出现麻面，路表面结构强度完好，但沥青剥落或老化。当路面结构强度及结构完好，但表面渗水系数增大，路面出现渗水严重或较严重的情况。

2.2.2养护技术原理

沥青路面修护剂按照一定技术要求和工艺，经沥青洒布机喷洒于路面后，一部分从沥青路面出现的微裂缝处流入，另一部分从沥青路面存在的孔隙渗入路面结构层中。沥青路面设计时有一定的空隙率，对于产生松散、掉粒等早期损坏的沥青路面也存在一定的空隙，因此，在产生松散、掉粒而无裂缝处的沥青路面可认为是一种理想的多孔介质。假设沥青路面修护剂渗入路面的最终渗透深度为H,流体材料的粘度为μ，密度为ρ，渗透率为k，沥青路面的空隙率为φ，喷洒压力为P0,喷洒初速度为υ0，在渗入深度为H的断面上的压力为P1。

所以渗透的深度是压强差、空隙率及喷洒初速度的函数，压差越大，渗透的深度越大；渗透系数越大，渗透深度越大；在雨后的晴天，路面面层、基层及土基等的含水量增加，在同样的喷洒压力下，压差将变小，渗透的深度变小。

沥青路面修护剂是一种溶剂型材料，可以视为不可压缩的流体。选取路表面处的微裂缝面A及沥青路面修护剂流入微裂缝中最低面为B过流断面，当流体经洒布机喷洒后，在过流断面A处时，设此时流体的流速为VA，并到达B处VB。过流断面A与B的垂直高度H，就是沥青路面养护剂材料流入微裂缝中的深度。这样沥青路面修护剂对裂缝的填充及在道路表层形成的H厚的结构层，可对路表进行密封,见图1。

2.2.3养护技术实施步骤

XMLY技术施工主要分为三步，第一步：通过路面的微小裂缝及空隙，沥青路面修护剂中的活性物质迅速从道路表层渗入，将其接触到的老化沥青激活再生，并自动弥合微裂缝，补充沥青结合料、稳定松散的集料、增强集料粘结力，对路表0 mm～15 mm的表层进行修复，实现对道路表层的密封。第二步：在外力及自身重力作用下，沥青路面养护剂中的活性物质始终保持渗透状态，逐步实现对道路内部深层组织结构的修复。第三步：稳固表层结构，优化道路综合性能，提高其抗老化性能以及抵御外界紫外线、雨水、汽油及化学品等侵蚀能力。

3 结语

高速公路路面裂缝的预防性养护对于延长高速公路使用寿命有着极为重要的作用。新型XMLY技术，可以实现非铺装作业下的路面养护，适合高速公路的两年左右的检测养护施工。具有成本低、通行影响小、作用效果显著的作用。使用新型路面养护技术，可以帮助运营方降低养护成本，增强环境保护的作用。对于我国高速公路养护技术的发展也有着一定的推动作用。