沥青路面破坏的成因分析及改进措施

(内蒙古大学 交通学院，内蒙古 呼和浩特 010000)
摘 要：文章分析了沥青路面的破坏形式，从设计、施工 、超载管理几方面提出一些看法。
关键词：沥青混凝土；孔隙；摊铺和碾压；超载
中图分类号：U416.217  文献标识码：A  文章编号 ：1007—6921(2009)03—0264—02

近年来，中 国公路 事业有了很大发展，特别是高速公路发展迅速，到2005年底，通车的高速公路已达45200km ，居世界第二位，对促进国民经济的发展起到了十分重要的作用。目前中国大部分高速公路 采用沥青路面，沥青路面以其成熟的设计和完善的施工技术在各级公路中广泛使用。随着公 路的建成并投入使用，沥青路面的破坏也日趋增多，使得管理部门不得不投入大量的人力、 物力进行维修、养护，沥青路面的主要破坏形式有坑洞、裂缝、车辙、松散、拥包、滑移等 ，造成这些破坏的原因是多方面的，本文分析沥青路面的破坏机理，寻求设计和施工的合理 化，以适应不断发展的公路建设的需要。
1.沥青路面的破坏形式
1.1 网裂

水透过沥青面层滞留在半刚性基层顶面，在大量高速行驶的汽车作用下，自由水产生很大的 压力并冲刷基层混合料表面的细料，形成灰白色浆，灰浆被行车挤压，通过各种形状不一和 宽窄不一的裂缝到达路面，同时灰浆进入沥青混合料中，加速了裂缝的产生。另外，由于沥 青的老化，沥青结构层底产生的拉应力超过材料的疲劳强度，底面发生开裂，并逐渐扩展延 伸到表面，形成疲劳开裂。
1.2 坑洞

当水侵入并滞留在沥青混合料的孔隙中，特别是降雨过程中和雨后，在行车荷载的作用下， 行车道上的局部网裂的沥青混凝土逐渐松散，松散的石料被车轮甩出形成坑洞。由于沥青混 凝土的不均匀性，坑洞首先在混凝土孔隙较大处产生，因此，它是随机分布的一个个孤立的 坑洞，坑洞的出现大大降低了行车的安全性和舒适性。
1.3 松散

自由水进入沥青混合料后，沥青与集料的粘结力减弱，在行车荷载作用下，滞留在路面中的 水使矿料、特别是碎石表面裹覆的沥青膜逐渐剥落，使沥青混凝土的强度降低，直至完全松 散。
1.4 拥包、波浪

温度升高时，沥青的粘滞度降低，集料之间的粘结力削弱，沥青混合料的强度随之降低，在 行车荷载作用下，沥青混合料沿公路横断面方向向路边滑移或集中向某一方向移动，形成拥 包及波浪。
2 影响沥青混合料强度的因素
2.1 水的影响

降水次数多和降水量大，特别是降水延续时间长，自由水可能进入沥青面层的机会就多，自 由水渗透进沥青面层的量就大，进入路面结构层的水不能及时排出，就会产生水破坏。水破 坏的数量和速度与公路沿线的降雨量大小有密切关系。同时大型货车为了给轮胎降温而喷洒 到轮胎上的水，这些水流落到路面上，进入沥青混合料中。水是沥青混合料破坏的诱导因素 。
2.2 温度的影响

一年四季的温度变化及每天的气温变化，使沥青混合料内部产生很大的温度应力，累积温度 应力超过混合料的极限抗拉强度，路面就会开裂，称为低温缩裂。高温会引起拥包、泛油等 病害，低温会导致开裂、松散等。
2.3 荷载作用

当车辆经过面层时，沥青砼的孔隙中或面层与基层交界面上滞留有自由水时都会产生相当大 的水压力和抽吸力，轮下的压力将挤压轮下结构层中的水，而同时车轮驶离时又产生相当大 的抽吸力，这两种力的瞬时作用能将滞留在基层顶面的浆水唧出表面，并促使沥青从大颗粒 上剥落，逐渐使沥青混凝土强度下降直至路面局部松散并形成坑洞。在其他条件不变的情况 下，交通量大、重载车在交通流量中的比例高，特别是大量的超载、超限车辆对路面破坏非 常大。所以，超载、超限车辆多的高速公路行车道的破坏要比普通车道严重得多。
2.4 设计及施工的因素

当前的设计中，不管沥青混凝土是密实式(I型)或半开式(Ⅱ型)结构，还是沥青混合料中有 无抗剥落剂，设计中有无防水层等，影响路面破坏的因素中，孔隙率太大是主要原因。现有 路面的设计规范孔隙率容许范围太大(最大达6％)，再加上施工误差及试验误差，路面各结 构层混合料的实际孔隙率过大或很不均匀，孔隙率过大容易造成路面损坏。从某高速公路现 场取芯对比试验显示，行车道路面孔隙率已明显比同一断面上的超车道和硬路肩路面小，两者最大相差8.1个百分点，说明路面孔隙率大、孔隙偏差大。
3 减少沥青路面破坏的措施

沥青路面的破坏是由许多原因造成的，这里从设计、施工、管理三方面加以阐述，良好的设 计是保证沥青路面强度的基础，精心施工是保持沥青路面整体性的前提，科学管理是沥青路 面持久耐用的必要条件。
3.1 设计应考虑的内容

较大流量的车辆在高速公路上安全、舒适、高速地通行，沥青面层必须具有良好的抗滑性能 。这就要求沥青面层不但要有较大的磨擦系数，而且要有较深的表面构造深度。从沥青面层 的结构形式来看：Ⅰ型沥青混凝土，空隙率3％～6％，透水性小，耐久性好，表面层的摩擦 系数能达到要求，但表面构造深度较小，不能达到要求。Ⅱ型沥青混凝土空隙率6％～10％ ，表面构造深，抗变形能力较强，但其透水性、耐久性较差。为了解决沥青面层的抗滑性能 ，同时提高其抗变形能力，可采用多碎石沥青混凝土面层和沥青玛蹄脂碎石混合料面层(简 称SMA)。
3.1.1 多碎石沥青混合料是采用较多的粗粒碎石形成骨架，沥青胶砂填充骨架中的孔隙 并使骨架胶合在一起而形成的沥青混合料形式。集料组成为：粗集料含量69％～78％，矿粉 6％～10％，油石比5％左右。经几条高等公路的实践证明，多碎石沥青混凝土面层既能提供 较深的表面构造，又具有传统Ⅰ型沥青混凝土那样的较小空隙及较小透水性，同时又具有Ⅱ 型沥青混凝土较好的抗形变能力。　　

中国先后在海南东线高速公路、济青高速公路、广珠东线高速公路、沪宁高速公路、石 安高速公路、安新高速公路、泉厦高速公路推广运用了多碎石沥青混凝土面层，其使用性能 达到了预定的目的。
3.1.2 沥青玛蹄脂碎石混合料面层(SMA)

沥青玛蹄脂碎石混合料面层是德国的公路工作者对沥青混合料的配合比进行调整，增大 粗集料的比例，添加纤维稳定剂，形成了SMA结构。1984年德国交通部门正式制定了一个SMA 路面的设计及施工规范，SMA路面结构形式基本得以完善。这种新型的路面结构先后在德国 、欧洲一些国家推广、运用。中国也对此进行了研究，沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)是一种 以沥青、碎石、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料，其组成特征主要包括两个方面 ：①含量较多的粗集料互相嵌锁组成高稳定性、抗变形能力强的结构骨架；②细集料矿粉、 沥青和纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂将骨架胶结一起，并填充骨架空隙，使混合料有较好的 柔性及耐久性。SMA的结构组成可概括为“三多一少”，即：粗集料多、矿粉多、沥青多、 细集料少。具体讲：①SMA是一种间断级配的沥青混合料，5mm以上的粗集料比例高达70％ ～80％，矿粉的用量达7％～13％，由此形成的间断级配，很少使用细集料；②为加入较多 的沥青，增加了矿粉用量，同时使用纤维作为稳定剂；③沥青用量较多，高达6.5％～7％， 选用针入度小、软化点高、温度稳定性好的沥青，最好采用改性沥青。

沥青玛蹄脂碎石混合料是当前国际上公认的一种抗变形能力强，耐久性较好的沥青面 层混合料。由于粗集料的良好嵌挤，混合料有非常好的高温抗车辙能力，同时由于沥青玛蹄 脂的粘结作用，低温变形性能和水稳定性也有较多的改善。添加纤维稳定剂，使沥青结合料 保持高粘度，其摊铺和压实效果较好。间断级配在表面形成大孔隙，构造深度大，抗滑性能 好。同时混合料的空隙又很小，耐老化性能及耐久性都很好，从而全面提高了沥青混合料的 路面性能。

参入4%SBS改性剂，沥青混凝土低温变形能力，延度增加，脆点降低；提高了高温使用粘度 ；改善了沥青温度感应性，针入度减小，软化点升高，60度时粘度增大，PI值提高，低温粘 度降低；提高了力学性能，弹性增加；具有良好的施工流动性，在90度以上时，粘度基本上 与基质沥青相近，便于施工；提高了耐久性，热老化和光老化，延长沥青的老化过程。
3.2 施工的有效保证
3.2.1 拌合和运输。严格控制沥青和集料的加热温度及沥青混合料的拌合温度和出料温度 ，检查混合料的均匀性，控制油石比和矿料级配，油石比与设计值的允许误差控制在±0.2% 以内。拌和机向运料车放料时，前后均匀堆料，减少粗集料的离析。沥青混合料运输时，检 测沥青混合料的出厂温度和运到现场的温度，温度必须控制在要求的范围内，这是合格材料 的必备条件。
3.2.2 沥青混合料的摊铺与压实。摊铺机接料斗的操作合理，避免粗集料的离析。沥青混 合料的压实是保证沥青面层质量的重要环节，压实必须在摊铺后紧接着进行，不得等混合料 稍冷以后碾压。压路机应以均匀的速度碾压，采用振动压路机碾压，应采用高频、低幅操作 ，终压时不得开振。沥青混合料摊铺和碾压时，应有专人负责指挥协调各台压路机的碾压路 线和碾压遍数，使铺筑面在较短时间内达到规定的压实度。为避免碾压时混合料产生拥包， 碾压时应将驱动轮朝向摊铺机；碾压路线及方向不应突然改变；压路机启动、停止必须减速 缓行，对压路机无法压实的死角、边缘、接头等，采用小型压路机或手扶振动压路机或手扶 振动夯趁热压实，严格控制初压、复压和终压的温度。
3.3 加强超限、超载运输管理

超限、超载车辆大量通行于高速公路，是造成高速公路路面早期损坏的重要原因。超限车辆 在刹车、上下坡及转弯过程中，产生较大的推力，剪切推移作用加速沥青面层的剪切破坏。 另外在路面设计中，没有充分考虑超载的问题，出现设计中的标准轴载与事实不相符的情况 。这样，对于一些道路而言，从一开始就降低了累计标准轴载的数量，使得设计弯沉值偏大 ，基层、底基层的拉应力偏小，造成路面整体刚度不足，导致路面提前破坏。通过增加路面 厚度，使用更优质材料提高路面整体强度可防止路面提前破坏，但这不仅需要大量增加投资 ，而且，一些问题如车辙仍解决不了。因此超限管理也是保护路面结构的有效措施。
4 结束语

沥青路面的病害是公路建设中无法避免的现象，减少和延缓病害的发生是每位公路工作者的 职责，本文从设计、施工、管理角度阐述了解决病害的方案，尽管会增加工程费用，相对于 公路建设费用、养护费用及延误使用造成的损失来说还是值得的，采取必要的措施将有效地 保证沥青路面的完整性，延长道路的使用寿命。