城市道路沥青路面的早期破坏及防治

郝显峰

摘要：本文分析了造成半刚性基层沥青路面裂缝病害的原因和防治措施。

关键词：沥青路面 开裂 防治措施

0 引言

近十多年来，高等级沥青混凝土路面在我市得到广泛的应用，竣工验收工程质量都能达到合格标准。但由于缺乏管理经验和施工设备、试验检测手段相对落后等原因，我市一些新建和改造的沥青路面发生了严重的过早破坏现象，有的使用一、二年就开始明显破坏。尤其近年来随着城市路桥事业的加速发展，交通量迅速增长，载重车辆比例增加，特别我市地处高寒地区（沥青表面要承受较其他地区更严酷的使用条件）致使一些路面的使用质量和寿命达不到应有有水平。路面的早期破坏，既影响了城市道路的使用功能，又造成了巨大的经济损失。现对沥青路面早期破坏这一质量通病做一浅显分析。沥青路面早期破坏主要有：开裂——冬季沥青路面的横向开裂；路面车辙——夏季高温期在重载的作用下造成的纵向或横向的永久性变形；水损害——雨季或春融季节出现的坑槽；路面的表面功能衰减——沥青路面由于泛油、石料磨光及路面破损引起的表面功能降低或丧失。

1 破坏原因分析

1.1 开裂原因分析

1.1.1 荷载型裂缝产生原因：半刚性路面的结构性破坏裂缝主要是由于行车荷载引起的。在车轮荷载作用下，半刚性基层的底部要产生拉应力，当拉应力大于半刚性基层材料的抗拉强度时，则半刚性基层的底部很快开裂，在行车荷载的反复作用下，底部的裂缝会逐建扩展到上部，使沥青面层也开裂破坏，产生荷载裂缝的可能性有多种情况，如：路面结构设计不合理或厚度不足，路面强度明显不能满足行车要求，在行车反复作用下，沥青路面很快碎裂；路面强度日趋不足，路面回弹弯沉值逐建增大，轮迹处沥青路面产生龟裂，伴随着纵向裂缝和形变。无机结合料稳定细粒土或稳定土含量过多的粒料土基层表层软化，在行车作用下，沥青面层产生龟裂，甚至推移破坏；由于施工质量不好，无机结合料稳定层拌和不均匀，底部留有素土软弱层，导致沥青面层产生块状裂缝。

1.1.2 非荷载型裂缝产生的原因 沥青面层上非荷载裂缝主要是温度裂缝。温度裂缝主要为横向裂缝，有两种形式：一种是低温收缩裂缝，在冬季气温骤降时，沥青材料开始收缩，当沥青面层中产生的收缩拉应力或拉应变超过沥青混合料的抗拉强度或极限拉应变时，沥青面层就会开裂；另一种由于日夜温差大，温度反复升降而导致温度应力疲劳，使混合料的极限拉伸应力变小而产生的沥青面层疲劳开裂，这一类温度裂缝包含了温度应力疲劳的因素在内，因而称作温度疲劳裂缝。针对沥青面层低温收缩开裂问题，究其原因：①沥青的品种和质量是影响沥青路面温度开裂主要原因。沥青混合料的低温劲度是决定是否开裂的最根本因素，沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的的关键。在沥青性质指标中，影响最大的是温度敏感性，感温性大的沥青容易开裂。由于沥青在老化过程中轻质油分挥发、沥青氧化分解等，老化越严重，劲度越大，裂缝出现越早。沥青中的蜡使拉伸应变减小，脆性增加，温度敏感性变大，横向裂缝容易发生。②沥青混合料的组成对沥青的开裂影响也很重要。在使用同一种高质量的沥青时，沥青面层厚的比薄的横向裂缝减少，另外和矿料组成级配有一定关系，但总的来说与路面横向开裂不很密切。③基层材料的影响。半刚性基层热容量小，与沥青表面层的附着粘结性能差，尤其是本身收缩的附加影响，故横向裂缝要多些。基层与面层的附着性能差，将使面层有一定自由收缩变形的可能性，混合料的应力松弛性能得不到充分发挥，温度应力无法传递到基层中去，在面层内部积聚，容易产生开裂。④在气候因素方面，极端最低温度、降温速率、低温持续时间、升温降温循环次数是影响沥青路面温缩裂缝的四大要素。

1.2 车辙原因分析 车辙发展的速度是随着荷载作用次数增加面逐年减少的，一般车道外侧比内侧大。其形成的因素很多，主要为沥青混合料的影响和交通条件环境影响。车辙变形主要来源于沥青混合料的粘滞流动和一定程度的压实作用，沥青混合料层在高温下由于车轮反复碾压，产生横向剪切流动，造成车辙。

1.3 水损害原因分析 水损害常以软化和剥落的形式出现，影响因素主要有：

1.3.1 沥青混凝土的性质。沥青混凝土中的集料所含矿物质不同，其对水的吸附能力不同，从而影响集料与沥青的相互粘结，使沥青从集料表面剥落。粘附性高的沥青对于抵抗水分的置换要好一些，如果沥青粘性相同，沥青的化学组成对水害的影响也是敏感的。

1.3.2 施工期气候条件的影响。施工时的气候条件对沥青路面水稳性的影响是敏感的。如果天气冷、湿潮或压实不完全，均使水分易于侵入混合料中而导致剥落，此外，施工后环境条件也将对剥落产生影响。

1.4 路面表面功能衰减原因分析 施工时技术管理的好坏对平整度的影响很大。也可以说，竣工时的平整度测定值决定了以后路面的平整度，在路面使用期中的变化相对于其它因素要小些。路面抗滑性与路面骨料的级配、微观构造和骨料的耐磨性关系很大。如沥青标号过大，沥青用量过多，粗集料不耐磨。使用期内抗滑值的变化也可以说是沥青路面性质的变化。此外和路面所处环境因素有关。

2 沥青路面早期破坏的防治措施

2.1 半刚性路面的裂缝有荷载型结构破坏裂缝，有沥青面层的温度收缩裂缝，还有由半刚性基层的温缩裂缝和干缩裂缝。为了尽可能延缓和减轻半刚性路面面层的裂缝。从设计上保证半刚性路面不发生荷载结构性破坏裂缝。是减轻半刚性路面裂缝的首要措施。由于结构性破坏裂缝是由行车荷载在半刚性基层底面产生拉应力而引起的，因此在进行半刚性路面设计时，在考虑路面强度和稳定性的前提下，进行基层底面拉应力分析。合理地进行路面结构层的厚度计算，确定路面容许弯沉值，以避免路面的结构性破坏，从而进一步减轻半刚性路面的非荷载型裂缝。在进行半刚性路面设计时，首先考虑温度裂缝从表面开始并逐渐向下扩展的机理，应选用松弛性能好的优质沥青做沥青面层。并且在稳定度满足要求的前提下，选用用针入度较大的沥青做面层。其次应选用抗冲刷性能好、干缩系数和温度系数小和抗拉强度高的半刚性材料做基层。采用合适的沥青面层厚度，以节约沥青和减少投资。用适宜的沥青面层厚度保护开裂的半刚性基层在使用期间不产生干缩裂缝和温缩裂缝。在难免产生温度裂缝的地区，沥青面层碾压结束后，每隔一定距离预留横向通缝，缝间距可随当地最低气温和所用沥青质量而定。半刚性路面施工的关键，是要保证在铺筑沥青之前，半刚性基层不产生收缩裂缝。如果在铺筑沥青之前，半刚性基层已经产生了细微的收缩裂缝。为了减轻或避免基层裂缝在沥青面上引起反射裂缝或对应裂缝，需较厚的沥青面或加中间层。如在铺筑沥青面层之前，半刚性基层没有产生收缩裂缝，为了保证半刚性基层在使用过程中不先与沥青面层产生收缩裂缝，所需沥青面层的厚度就较薄。施工过程中所尽量保证铺铺筑沥青层之前半刚性基层不产生收缩裂缝。因此除必须严格遵照路面施工技术规范外，还必须严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量，混合料的含水量不能超过压实需要的最佳或控制在施工规范容许的范围内，在半刚性基层碾压完成后，要及时养生，保护混合料的含水量不受损失。并且在碾压完成或最迟在养生结束后，在基层顶面喷洒透层或粘层油。然后尽快铺筑沥青面层，避免水分损失产生干缩裂缝。

2.2 车辙防治措施

2.2.1 提高沥青混合料的抗车辙能力。沥青混合料是种弹性材料，在高温条件下，粘性因素起主导作用，而车辙与沥青的粘度直接相关。因此在设计中可选用高粘度沥青掺加各种沥青改性剂。

2.2.2 在施工时合理调整集料级配，适当增大粉胶比，严格控制沥青的用量。

2.2.3 在沥青中掺入橡胶或树脂以改善沥青的感温性，或掺加吸油材料改善沥青混合料的流变性。

2.3 预防水损害的措施 沥青路面的水损害来源于沥青膜从集料表面的剥离，预防水害的关键在于：

2.3.1 防止或减少水分进入沥青混合料内部，不使水侵入到沥青与集料的界面中去。方法包括使用良好的集料，采用适当的混合料级配，减少空隙率。

2.3.2 提高沥青与集料的粘附性，提高集料之间的粘结力。方法为掺加适量的抗剥落剂，促使集料表面更加湿润，从而使沥青与集料之间的粘性增加。

2.4 路面表面功能衰减防治措施 沥青路面的抗滑表层要求有粗糙的表面，即较大的宏观粗糙度和微观粗糙度。除抗滑表层的矿料级配要满足规范要求外，粗集料的抗滑性能也必须满足一定要求。石料磨光是表面功能衰减的主要原因。因此采用坚硬耐磨的集料是非常重要的。另外施工时必须注意沥青混合料的拌和均匀、碾压到位。