淺析瀝青路面早期病害特征及其產生原因[權威資料]

淺析瀝青路面早期病害特征及其產生原因 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要：瀝青路面早期病害原因很多、且很復雜。本文從設計、施工、材料、環(huán)境、荷載等方面、結合實際工作經驗，對造成瀝青路面早期病害的因素及特征進行淺顯探討。希望能夠促進業(yè)內同行對瀝青早期病害有更系統(tǒng)的認識，為瀝青路面早期病害的識別提供借鑒。 關鍵詞 :瀝青路面病害特征原因 TU535 A 瀝青路面早期病害是指：瀝青路面在設計壽命期前 1/4至 1/3 期間 內（設計年限：高速公路、一級公路 15 年；二級公路 12 年；三級公路 8 年；四級公路 6 年），所發(fā)生的過早的各種形式的路面破壞。尤其近年來隨著公路交通事業(yè)的迅猛發(fā)展，交通量迅速增長，載重車輛比例增加，車輛超載現(xiàn)象嚴重，致使一些路面使用質量和壽命達不到應有的水平。即影響了公路交通運輸，又造成巨大的經濟損失。下面就瀝青路面早期病害作如下淺顯探討： 1 瀝青路面病害特征 1.1 橫向裂縫 與道路中心線近于垂直的裂縫，有的還伴有少量支縫。橫向裂縫多由基層或路基裂縫的反射或由低溫收縮造成的；最初多 出現(xiàn)于路面兩側，逐漸發(fā)展形成貫通路幅的橫縫。 圖 1 由基層或路基反射橫向裂縫圖 2 低溫收縮橫向裂縫 1.2 縱向裂縫 與道路中心線大致平行的長直裂縫，有時伴有少量支縫。這類裂縫通常由路基、基層沉降，或施工接縫質量或結構承載力不足引起。路基、基層沉降引起的縱縫，通常斷斷續(xù)續(xù)，綿延很長。施工搭接引起的縱縫，其形態(tài)特征是長且直。結構承載力不足引起的縱縫多出現(xiàn)在路面邊緣或輪跡帶，由于路基濕軟造成承載力不足，從而導致縱縫。 圖 3 路基、基層沉降引起的縱縫 圖 4 結構承載力不足引起的縱縫 1.3 塊狀裂縫 近于直交的裂縫，把路面分割成近似矩形的小塊；塊的尺寸約在 5050 300300cm 之間。大于 300cm 見方的塊通常以縱向、橫向裂縫計。塊狀裂縫主要由面層材料的收縮和溫度的周期性變化所致，與荷載的關系不大。它的出現(xiàn)，標志著瀝青已顯著老化。塊狀裂縫有時是大面積出現(xiàn)的，覆蓋整幅路面，尤其是在交通量很小的路面上，且這些路面的強度通常不低。 圖 5 塊狀裂縫 1.4 龜裂 相互交錯的裂縫將路面分割成形似龜紋的銳角多邊形小塊，塊的尺寸小于 5050cm 。 龜裂是行車荷載的重復作用而引起的疲勞裂縫，其最初形態(tài)是一條或幾條平行縱縫。隨著荷載重復作用次數(shù)的增加，平行縱縫間出現(xiàn)了橫向、斜向連接縫，形成了多邊的、銳角的、形似龜裂的裂縫形式。龜裂只發(fā)生在承受重復行車荷載車道上，通常不會出現(xiàn)在整個路幅寬度上，除非交通非常繁重。龜裂是一種主要的結構損壞形式。 圖 6 龜裂 1.5 滑移裂縫 月牙形裂縫，其兩端通常指向行車方向；路基失穩(wěn)或車輛剎車或轉彎時造成面層的滑移和變形，從而出現(xiàn)滑移裂縫。 圖 7 滑移裂縫 1.6 車轍 1.6.1 結構型車轍 由于荷載作用超過路面各層的強度，發(fā)生在瀝青面層以下包括路基在內的各結構層的永久變形。這種車轍寬度較大，兩側沒有隆起現(xiàn)象，橫斷面成凹字形。 1.6.2 失穩(wěn)型車轍 在高溫條件下，車輪碾壓反復作用，荷載應力超過瀝青混合料的穩(wěn)定度極限，使流動變形不斷累積形成車轍。這種車轍一方面車輪作用部位下凹，另一方面車輪作用甚少的車道兩側反而向上隆起，在彎道處還明顯往外推擠，車道線或者停車線因此可能成為變形的曲線。 1.6.3 壓密型（磨損型車轍） 由于車輛不斷碾壓或磨損地面，特別是大量重 型超載車輛渠道化的行駛在主車道上，容易出現(xiàn)碾壓或磨損路面也會形成車轍。 圖 8 三種車轍破壞形式 圖 9 結構型車轍 圖 10 失穩(wěn)型車轍 圖 11 壓密型車轍 1.7 波浪（搓板） 路表面有規(guī)律的縱向起伏，由瀝青混合料的熱穩(wěn)定性不足引起，常發(fā)生于車輛啟動或制動區(qū)域。 圖 12 波浪（搓板） 1.8 沉陷 沉陷是路面變形中最普遍的一種，特點是面積大，涉及的結構層次深，主要出現(xiàn)在挖方段和填挖交界處。其產生的主要特征是： 1.8.1 土質路塹排 水不暢，路床下部路基過濕潤而產生不均勻沉降，引起路面局部下沉； 1.8.2 路面強度不能適應日益增長的交通量，易發(fā)生疲勞破壞： 1.8.3 路基或基層強度不足或填挖路基強度不一致，在車輛荷載作用下，路基或基層結構遭破壞而引起沉陷； 1.8.4 橋頭路面沉降不均勻而引起沉陷并與橋面發(fā)生錯位。 圖 13 輕微沉陷 圖 14 嚴重沉陷 1.9 擁包 擁包形成有三個階段：第一階段平整度有很小的變化，需仔細觀察才能發(fā)現(xiàn)，路面出現(xiàn)波浪式皺紋；第二階段平整度明顯變差路面出現(xiàn) 一個挨一個的直徑 5cm20 cm 的小疙瘩；第三階段是開裂、推移、擁包階段其形成的原因是： 1.9.1 施工質量導致路面上下層粘結不好；瀝青混合料攤鋪不勻，局部細料集中； 1.9.2 基層或下面層未壓實，強度不足，發(fā)生變形位移； 1.9.3 陡坡或平整度較差路段，瀝青面層混合料易在行車作用下向低處聚積形成擁包。 圖 15 未產生其它病害的擁包圖 16 引起松散的擁包 1.10 泛油 路表面形成一層有光澤的、玻璃狀的瀝青黏膜，是混合料中瀝青含量過多或空隙率太小以 及混合料不均勻性所致。 圖 17 遠觀泛油圖 18 近觀泛油 1.11 松散（麻面） 其癥狀為瀝青混凝土中瀝青與集料的粘結力作用逐漸下降并喪失，在車輛荷載作用下使瀝青混凝土表面層呈松散狀態(tài)，面層中的集料顆粒脫落，粗細集料散失起砂，路面磨損，路表粗麻，多處微坑，表層剝落，路面外觀質量差，行車不適。如不及時治理，它會從路表面向下不斷發(fā)展，以致形成坑槽。 圖 19 麻面圖 20 松散 1.12 坑槽 面層混合料失散后使路表出現(xiàn)不同大小的坑。 1.12.1 壓實不 足性坑槽 施工時混合料溫度太高，使瀝青老化，粘結性降低、脆性增加，導致壓實不夠，粘結不牢，在行車荷載的作用下，形成坑槽；還有一種情況是混合料溫度太低，攤鋪不均勻，壓實不充分，施工時雜物掉進混合料中均是形成坑槽的因素。 1.12.2 厚度不足性坑槽 路面下面層局部標高控制不嚴，導致瀝青上面層個別地方厚度不夠，在行車作用下，部分混合料易被帶走，形成坑槽。 1.12.3 水損害性坑槽 -瀝青路面早期破壞中最常見的坑槽，其形成過程如下：在開始階段，水份侵入瀝青和集料的界面，以水膜或水汽的形式存在， 影響瀝青與集料的粘附性；在反復荷載的作用下，瀝青膜與集料開始剝離；漸漸的，路面開始麻面、松散、掉粒；最后形成坑槽。 圖 21 坑槽 1.13 翻漿 交通量大，重渠化交通使路面輪跡部位承受高頻率動載作用，形成了翻漿的外部條件；混合料施工均勻性差，容易產生局部離析，導致路面滲水；面層滲水滯留在基層頂面，在荷載作用下使基層的局部松落形成灰漿，從路面的縫隙向上擠出，在瀝青路面上形成了白色的翻漿。 圖 22 翻漿 2 病害出現(xiàn)總體原因分析 2.1 氣候的影響 極 端最低溫度、降溫速率、低溫持續(xù)時間、高溫持續(xù)時間、升溫降溫循環(huán)次數(shù)是影響瀝青路面溫縮裂縫、老化和高溫穩(wěn)定性差的五大因素。在冬季氣溫劇降時，瀝青材料開始收縮，當瀝青面層中產生的收縮拉應力或拉應變超過瀝青混合料的抗拉強度或極限拉應變時，瀝青面層就會產生低溫收縮裂縫；由于溫度反復升降導致瀝青面層溫度應力疲勞 ,使瀝青混合料的極限拉伸應變變小 ,加上瀝青的老化使瀝青硬度增高 ,應力松弛性能降低 ,最終達到極限抗拉強度使路面產生溫度疲勞裂縫；瀝青路面具有高溫軟化特性 ,盡管設計及施工中盡可能降低瀝青用量 ,最大限度地利用骨料級配 增大高溫穩(wěn)定性 ,但在持續(xù)高溫情況下，在車輛長期作用下依然會產生變形和車轍。泛油一般出現(xiàn)在高溫天氣 ,由于氣溫升高而導致瀝青軟化點的不適應。 2.2 水產生的破壞 瀝青面層破壞的一個很重要的原因是水所引起的，瀝青面層中水的來源有地面降水和路基中擠上來的水。由于水滲透入表面層后滯留在表面層下部和與下層的交界面上，因此瀝青剝落總是從層的底面開始逐漸向上擴展。一旦層下部較大碎石上的瀝青被剝落下來，下部瀝青混凝土就會失去強度，在行車荷載的作用下，面層產生網裂和變形。特別在降雨過程中和雨后行車道上的 局部網裂，在行車的作用下，會逐漸松散，松散的石料被車輪甩出并形成坑洞。 2.3 設計存在的問題 2.3.1 結構設計不合理。如基層厚度不夠，面層分層設計不當，面層厚度不合理； 2.3.2 路面、基層、底基層排水設計考慮不周； 2.3.3 路面所處路段土質和水文情況與實際出入大，使得路面設計參數(shù)不符合實際； 2.3.4 地基處理設計不合理，使得地基沉降未達到允許的工后沉降等。 2.3.5 設計時未充分考慮車輛超載現(xiàn)象。由于受經濟利益的驅動 ,載貨車輛中 ,80%有 超載現(xiàn)象 ,正是這部分超載車輛加速了路面的破損 ,促使路面開裂、推擁 ,甚至局部下陷。在路面設計中 ,沒有考慮到超載的問題 ,使得設計中得不到準確軸載 ,造成設計年限內累計標準軸載出現(xiàn)與事實不相符的情況。這樣 ,對于一些道路而言 ,從一開始就降低了累計標準軸載的數(shù)量 ,使得設計彎沉值偏大 ,基層、低基層的拉應力偏小 ,造成路面整體剛度不足 ,導致路面提前破壞。 2.4 施工方面問題 施工隊伍經驗不足，施工設備不強，再加多數(shù)工程施工時間緊，使得由于施工質量而造成路面早期破壞的情況較為普遍。主要突出在：軟土地基沉降、 路基壓實度不足和穩(wěn)定性差、路面基層施工質量低劣、瀝青面層施工缺陷等方面。 2.5 瀝青混凝土配合比設計存在的問題 2.5.1 瀝青混凝土配合比設計按規(guī)范要求應經過三個階段 ,即目標配合比設計階段、生產配合比設計階段及驗證階段 ,各階段對要達到的目的都有明確的要求 ,在施工時 ,有的單位壓縮一至二個階段 ,有的干脆憑經驗進行施工。因此 ,從理論和實踐來講存在較大的偏差 ,從而導致瀝青混凝土內在質量存在先天不足。 2.5.2 配合比設計時未充分考慮工程所在地材料特性、交通類型、氣候的特點、施工水平以及 投入施工設備性能和數(shù)量，就盲目按照施工技術規(guī)范和試驗規(guī)程進行配合比設計，結果導致配合比的不適應，埋下了早期病害的隱患。 2.5.3 設計時瀝青用量的多少也是產生病害的重要因素。當瀝青用量教正常用量減少時，瀝青膜變薄，則混合料的延伸能力降低，脆性增加。同時因瀝青用量偏少，混合料的空隙率增大，瀝青暴露于不利環(huán)境因素的可能性加大，加速老化，同時還增加了水浸入的機會，造成水損害。當瀝青用量教正常用量增大時，強度和高溫穩(wěn)定性就會隨之降低，特別是在高溫的條件下或長時間承受荷載作用時會產生明顯的泛油和變形，變形中 的一些不可恢復的部分累計成為車轍，或以波浪和擁包的形式表現(xiàn)在路面上。 2.5.4 設計時填料選擇和用量也是導致病害因素之一。在瀝青混合料中，礦質填料通常是指礦粉，其他填料如消石灰、水泥常作為抗剝離劑使用，粉煤灰則使用很少，在我國由于粉煤灰的質量往往不穩(wěn)定，一般不允許在高速公路、一級公路上使用。礦粉在瀝青混合料中起到重要的作用，礦粉要適量，少了不足以形成足夠的比表面吸附瀝青，礦粉過多又會使膠泥成團，致使路面膠泥離析，均會導致瀝青早期病害。 2.6 瀝青混凝土的攤鋪碾壓的問題 2.6.1 現(xiàn)在攤鋪設備斷面加寬 ,瀝青混合料從中間通過螺旋輸送到兩側 ,由于距離大 ,必然產生離析 ,這種離析改變了瀝青混凝土生產配合比 ；其次 ,由于燙平板從機心向兩側懸臂較長 ,隨著攤鋪次數(shù)的增加 ,產生變形 ,對路面厚度、平整度、橫坡的控制也有較大影響。另外運料車向攤鋪機受料斗卸料不規(guī)范，產生溫差離析，在正常的碾壓過程中壓實度難以達到要求 ,是路面發(fā)生松散、坑槽和滲水破壞的原因。 2.6.2 壓實機械組合不合理、工序不規(guī)范，漏壓、過壓以及錯過最佳碾壓時間，均會造成壓實度不足，導致空隙率偏大，水容易浸入，在車輪的荷載作用下 ，會產生松散、坑槽等早期病害。 2.7 瀝青的問題 瀝青混合料使用性能是受瀝青結合料影響的，瀝青質量的優(yōu)劣與瀝青路面的好壞有密切關系，直接影響到瀝青路面的使用性能。尤其近年來公路上交通量和超載劇增，一般的瀝青材料的品質已不能滿足更重要交通的瀝青路面結構需要。但在道路結構層的厚度設計、材料的使用上依然本著經濟適用的原則 ,大多瀝青路面依然采用國產瀝青。由于國內石油品質及瀝青煉制工藝流程的特點，致使路用瀝青大多數(shù)含蠟量高，延度小，溫度敏感性強，使得許多瀝青路面面層結構在遠小于使用壽命年限內出現(xiàn)損 壞。 2.8 礦料的問題 礦料質量的好壞直接影響到瀝青混合料的路用使用性能，是瀝青路面早期破損的主要因素。料均取自社會料場，各料場質量、規(guī)格參差不齊，使用時離析嚴重，混合料級配波動大，嚴重影響瀝青路面施工控制，是較為嚴重的問題，突出的表現(xiàn)為：不潔凈、針片狀含量超標、級配差等，且相當部分為酸性石材，粘附性差。碎石的壓碎值、磨耗值、針片狀等指標不符合要求，對瀝青混合料的強度和耐久性有極大影響。碎石與瀝青的粘附性差，將造成瀝青混合料的殘留穩(wěn)定度偏低，引起瀝青路面早期剝落。 3 結束語 綜上探討可以看出來，瀝青路面的常見病害處治是個不容忽視的問題，在路面施工技術日新月異的今天，諸多種新方法、新工藝被應用到施工中，大大的延長了瀝青路面的使用年限，保證了車輛安全、舒適、經濟地運行，公路路面一旦出現(xiàn)病害，維修起來不但費時費力，而且嚴重的影響了公路的正常使用，所以對公路路面的各種病害應該以預防為主。有效預防各種病害的發(fā)生，必須深入的研究各種病害的機理，從而在設計上、施工等環(huán)節(jié)中盡可能為消除病害