试论高等级沥青混凝土路面裂缝的成因及处置

李 晋 先

(山西朔州高速公路有限责任公司，山西 朔州 036002)

试论高等级沥青混凝土路面裂缝的成因及处置

李 晋 先

(山西朔州高速公路有限责任公司，山西 朔州 036002)

介绍了高等级沥青路面早期病害的主要表现形式，并从材料和施工两方面，研究了路面裂缝产生的主要机理，进而提出了规避和处置的方法，以期达到提高道路施工质量和使用寿命的目的。

沥青路面，纵横裂缝，再生材料，配合比

1 问题的提出

众所周知，目前国内外高等级道路路面形式的主体是沥青混凝土路面，水泥混凝土路面所占比例较小。因此，道路日常养护工程的主要研究对象是沥青混凝土路面。在正常情况下，沥青混凝土路面具有良好的力学特性，同时，由于20世纪80年代后期以来我国的高等级道路，特别是高速公路的路面结构材料已普遍采用改性沥青(改性剂以热熔性橡胶SBS、氯丁胶乳、PE和废旧胶粉等为主)为粘结剂，使得沥青混凝土路面的路用特性得到进一步提高，路面的早期病害(以坑槽、车辙、推拥、松散和水毁为主要表现形式)得到有效遏制，路面的使用寿命和对上部荷载的抵抗能力得到明显提高。

笔者长期从事高等级道路的养护工作，对上述结论有深切的认识，但同时也发现，在高等级道路，特别是高速公路的使用过程中，其上面层仍有较多的裂缝出现。笔者曾在山西大运高速朔州路段进行专项调查和统计，发现每千米(单向三车道)的纵横裂缝(取平均值)竟有13条之多(严重路段每千米甚至超过20条)。显然，路面裂缝已成为道路面层病害的主要表现形式之一，不仅严重影响路面的整体结构强度，且是引起路面较大面积损坏的主要诱因，也是道路交通事故的隐患。有鉴于此，分析路面裂缝的形成原因，以期逐步减少并最终杜绝路面裂缝的出现，是道路设计、施工和养护工程部门面临的重要问题。

2 沥青混凝土路面裂缝的成因及其处置

路面裂缝的形成涉及因素较多，但究其原因不外有以下几个主要方面。

2.1 材料的生产配合比与设计配合比差异较大

合理的材料配合比，如矿料(骨料)的级配和油石配比是沥青混合料形成应力强度的基础，它是在工程设计基础上，通过实际工程试验提出的优化指标，必须严格遵守。但在实际工程中有很多环节容易出现误差，从而使得路面强度受到影响或面层出现局部失稳而产生裂缝，如：

1)沥青混合料制备时的骨料计量通常采用电子称重配料，但加热后的矿料在筛分进入称量装置时往往具有较大的冲击荷载，这种冲击会对称重装置的计量精确性产生不利影响；同样，目前沥青混合料拌和设备的沥青计量加入大多采用热沥青连续泵送+计量箱计量加入方法。作为一种较为典型的高分子物质，沥青的粘度与自身温度的高低成反比。在其受到泵送加压流动的过程中，沥青流动速度的大小除了受到压力和管道通径的影响外，其自身粘度指数的不同必然影响到流动速度并形成对计量容器的冲击能量，进而影响其计量精度而对油石配比产生影响。

有鉴于此，为了使材料的生产配合比与设计配合比尽可能匹配，应尽可能减少这种冲击荷载对矿料级配和沥青计量精度的影响。笔者认为，矿料的计量有一个加入的过程，应在加入的末段适当减少加入(矿料进入计量的过程)的速率，减少物料对称重系统的冲击；而沥青在热沥青容器直至计量的整个过程中必须保持温度恒定，以保持其粘度数值和进入计量装置时管道流速的稳定性，进而保证油石配比的连续性和准确性。由于对称量系统的冲击难以彻底消除，因此应在大量试验(这种试验应视沥青温度和粘度为常数)的基础上确定计量精度的修正系数，以尽可能保证计量的准确性。

2)再生材料的加入使原有矿料的级配出现明显的变化。路面大修或重铺工程必然会产生大量的沥青路面旧材料，这些旧料的再生利用不仅会大量减少有用材料的浪费，而且具有突出的节能环保效益，因此近年来已在国内外道路工程中得到广泛的应用。但这些旧沥青混合料中的矿料级配由于长期车辆荷载的碾压和自然光线的长期影响，特别是路面材料经过机械挖切的过程(目前大多采用机械铣刨工艺取得)其矿料级配已出现明显的变化[1]，如表1所示。

表1 矿料级配汇总表

表1中数据显示，沥青路面旧材料中的骨料级配与原设计级配的变异明显，特别是细集料所占比例显著增加。其中铣刨料的变化最大，采用镐挖(人工作业或采取液动、电动或风动等形式的镐刨挖切)工艺得到的旧材料的矿料级配变化相对较小。若将其加入与新材料一起拌和，势必会改变再生混合料中矿料的原设计级配。显然，为了保证再生材料的制备质量，当添加再生材料时，必须首先对这些材料的矿料级配进行筛分测定，根据旧料中的级配变化有的放矢地掺配新的骨料，以恢复原道路面层的原始设计级配，这是保证新铺面层技术性能，也是尽可能消除路面裂缝产生的必要条件之一。

2.2 沥青混合料拌制的均匀性

沥青混合料自身的材料均匀性是保证路面形成强度的必要条件之一，反之难以达到设计强度，也是形成路面裂缝的重要原因。为实现拌和的均匀性，除了必须采用强制拌和(这是保证沥青混凝土拌和质量的必要条件，而跌落式拌和工艺显然无法达到)工艺外，还必须对相应的拌和时间进行必要的优化。在工程中，较短的拌和时间会明显提高作业效率，但却对拌和均匀性形成隐患。图1是在大量试验基础上做出的双卧轴强制拌和时间与拌和均匀度的关系。

显然，拌和均匀性的优劣与拌和时间形成正比关系。这不仅适用于沥青混凝土材料，也反映了其他筑路材料拌制的基本规律。如山西省交通科研院在国道208线的RCC路面试验段(国家

403攻关项目)的铺设时，为了保证材料的拌制均匀性，专门研发了二次拌和工艺及其专用设备，使材料的拌和时间进一步延长[2]。但时间的延长必然伴随生产效率的降低，为了使其达到较为理想的统一，应在作业时进行必要的实际测定，以在保证质量的前提下尽可能缩短拌和时间，从而保证必要的作业效率。

2.3 摊铺作业的影响

道路交通事业的快速发展，相应的施工工艺和专用设备也取得了长足的进步，如我国工程机械生产厂家研发的变螺距螺旋输料器能够显著地减小混合料在输送过程中的材料离析；以德国ABG型摊铺机为代表的机型能够以双强夯完成混合料的熨平压实，其初始压实密实度明显超过了其他同级别机型。虽然摊铺工艺的进步明显提高了施工质量，但混合料在摊铺过程中的离析问题一直难以得到彻底解决。而材料的离析在大宽度摊铺时表现更甚，这也是路面出现裂缝，特别是纵向裂缝的主要原因之一。近年来，国内外公路建设行业，特别是相关学术界建议沥青和水泥混凝土摊铺机的单机摊铺宽度最好低于8 m，这样能够较为有效地降低材料的离析，从而规避在整个路面宽度上材料的密度和强度的差异。如果某些高等级道路的宽度明显超过8 m，则可采取摊铺机单机多幅施工，也可以采用多台摊铺机前后跟进协同作业以完成较宽路面的摊铺作业。近年来，辽宁、北京和山西等省区的很多高等级道路，特别是高速公路遵从这一建议取得了良好的效果，大量实体工程证明对于降低材料在摊铺过程中的离析、保证施工质量、降低路面早期病害，特别是遏制路面纵横裂缝的产生是一个很好的举措。

3 结语

本文列举了高等级沥青混凝土路面裂缝的主要成因和相应的处置方法，但路面裂缝的形成还有很多因素需要探讨，特别是近年来以改性沥青为代表的新材料，SMA，RCCP(高碾压水泥混凝土路面)和高承载力，长寿命复合路面为主要代表的新型道路结构的研发和推广等都需要在新的情况下对路面裂缝的形成和处置提出相应的技术条件以与之相适应。

[1] 高 明.水泥混凝土路面施工质量保证要点[J].建设机械技术与管理，2014(10):78-79.

[2] 孟宪武.试论水泥路面稳定基层施工质量的控制[J].山西交通科技，2016(4)：10-12.

On reasons for road cracks of high-grade asphalt concrete and their treatment

Li Jinxian

(ShanxiShuozhouExpresswayCo.,Ltd,Shuozhou036002,China)

The paper introduces the main performance for the early diseases of the high-grade asphalt roadbeds, researches the main mechanism for the cracks from the materials and construction, and points out the methods for the avoidance and treatment, so as to improve the expressway construction quality and life span.

asphalt road, vertical and horizontal crack, recycled material, proportional ratio

1009-6825(2017)03-0146-02

2016-11-19

李晋先(1976- )，男，工程师

U416.217

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