淺析瀝青路面早期病害特征及其產(chǎn)生原因[權(quán)威資料]

淺析瀝青路面早期病害特征及其產(chǎn)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(fù)雜。本文從設(shè)計(jì)、施工、材料、環(huán)境、荷載等方面、結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)造成瀝青路面早期病害的因素及特征進(jìn)行淺顯探討。希望能夠促進(jìn)業(yè)內(nèi)同行對(duì)瀝青早期病害有更系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，為瀝青路面早期病害的識(shí)別提供借鑒。 關(guān)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(shè)計(jì)壽命期前 1/4至 1/3 期間 內(nèi)（設(shè)計(jì)年限：高速公路、一級(jí)公路 15 年；二級(jí)公路 12 年；三級(jí)公路 8 年；四級(jí)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(zhǎng)，載重車輛比例增加，車輛超載現(xiàn)象嚴(yán)重，致使一些路面使用質(zhì)量和壽命達(dá)不到應(yīng)有的水平。即影響了公路交通運(yùn)輸，又造成巨大的經(jīng)濟(jì)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(cè)，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(zhǎng)直裂縫，有時(shí)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(zhì)量或結(jié)構(gòu)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(zhǎng)。施工搭接引起的縱縫，其形態(tài)特征是長(zhǎng)且直。結(jié)構(gòu)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(dǎo)致縱縫。 圖 3 路基、基層沉降引起的縱縫 圖 4 結(jié)構(gòu)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(jì)。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(guān)系不大。它的出現(xiàn)，標(biāo)志著瀝青已顯著老化。塊狀裂縫有時(shí)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(qiáng)度通常不低。 圖 5 塊狀裂縫 1.4 龜裂 相互交錯(cuò)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(fù)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(fù)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(fù)行車荷載車道上，通常不會(huì)出現(xiàn)在整個(gè)路幅寬度上，除非交通非常繁重。龜裂是一種主要的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)彎時(shí)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(jié)構(gòu)型車轍 由于荷載作用超過路面各層的強(qiáng)度，發(fā)生在瀝青面層以下包括路基在內(nèi)的各結(jié)構(gòu)層的永久變形。這種車轍寬度較大，兩側(cè)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(fù)作用，荷載應(yīng)力超過瀝青混合料的穩(wěn)定度極限，使流動(dòng)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(cè)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(huì)形成車轍。 圖 8 三種車轍破壞形式 圖 9 結(jié)構(gòu)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(dòng)或制動(dòng)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(diǎn)是面積大，涉及的結(jié)構(gòu)層次深，主要出現(xiàn)在挖方段和填挖交界處。其產(chǎn)生的主要特征是： 1.8.1 土質(zhì)路塹排 水不暢，路床下部路基過濕潤(rùn)而產(chǎn)生不均勻沉降，引起路面局部下沉； 1.8.2 路面強(qiáng)度不能適應(yīng)日益增長(zhǎng)的交通量，易發(fā)生疲勞破壞： 1.8.3 路基或基層強(qiáng)度不足或填挖路基強(qiáng)度不一致，在車輛荷載作用下，路基或基層結(jié)構(gòu)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(cuò)位。 圖 13 輕微沉陷 圖 14 嚴(yán)重沉陷 1.9 擁包 擁包形成有三個(gè)階段：第一階段平整度有很小的變化，需仔細(xì)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(gè)挨一個(gè)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(zhì)量導(dǎo)致路面上下層粘結(jié)不好；瀝青混合料攤鋪不勻，局部細(xì)料集中； 1.9.2 基層或下面層未壓實(shí)，強(qiáng)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(chǎn)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(yuǎn)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(jié)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(xì)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(zhì)量差，行車不適。如不及時(shí)治理，它會(huì)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(shí)不 足性坑槽 施工時(shí)混合料溫度太高，使瀝青老化，粘結(jié)性降低、脆性增加，導(dǎo)致壓實(shí)不夠，粘結(jié)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(shí)不充分，施工時(shí)雜物掉進(jìn)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(biāo)高控制不嚴(yán)，導(dǎo)致瀝青上面層個(gè)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(fù)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(dòng)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(chǎn)生局部離析，導(dǎo)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(shí)間、高溫持續(xù)時(shí)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(shí)，瀝青材料開始收縮，當(dāng)瀝青面層中產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力或拉應(yīng)變超過瀝青混合料的抗拉強(qiáng)度或極限拉應(yīng)變時(shí)，瀝青面層就會(huì)產(chǎn)生低溫收縮裂縫；由于溫度反復(fù)升降導(dǎo)致瀝青面層溫度應(yīng)力疲勞 ,使瀝青混合料的極限拉伸應(yīng)變變小 ,加上瀝青的老化使瀝青硬度增高 ,應(yīng)力松弛性能降低 ,最終達(dá)到極限抗拉強(qiáng)度使路面產(chǎn)生溫度疲勞裂縫；瀝青路面具有高溫軟化特性 ,盡管設(shè)計(jì)及施工中盡可能降低瀝青用量 ,最大限度地利用骨料級(jí)配 增大高溫穩(wěn)定性 ,但在持續(xù)高溫情況下，在車輛長(zhǎng)期作用下依然會(huì)產(chǎn)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(dǎo)致瀝青軟化點(diǎn)的不適應(yīng)。 2.2 水產(chǎn)生的破壞 瀝青面層破壞的一個(gè)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(kuò)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(huì)失去強(qiáng)度，在行車荷載的作用下，面層產(chǎn)生網(wǎng)裂和變形。特別在降雨過程中和雨后行車道上的 局部網(wǎng)裂，在行車的作用下，會(huì)逐漸松散，松散的石料被車輪甩出并形成坑洞。 2.3 設(shè)計(jì)存在的問題 2.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理。如基層厚度不夠，面層分層設(shè)計(jì)不當(dāng)，面層厚度不合理； 2.3.2 路面、基層、底基層排水設(shè)計(jì)考慮不周； 2.3.3 路面所處路段土質(zhì)和水文情況與實(shí)際出入大，使得路面設(shè)計(jì)參數(shù)不符合實(shí)際； 2.3.4 地基處理設(shè)計(jì)不合理，使得地基沉降未達(dá)到允許的工后沉降等。 2.3.5 設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮車輛超載現(xiàn)象。由于受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動(dòng) ,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(shè)計(jì)中 ,沒有考慮到超載的問題 ,使得設(shè)計(jì)中得不到準(zhǔn)確軸載 ,造成設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載出現(xiàn)與事實(shí)不相符的情況。這樣 ,對(duì)于一些道路而言 ,從一開始就降低了累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載的數(shù)量 ,使得設(shè)計(jì)彎沉值偏大 ,基層、低基層的拉應(yīng)力偏小 ,造成路面整體剛度不足 ,導(dǎo)致路面提前破壞。 2.4 施工方面問題 施工隊(duì)伍經(jīng)驗(yàn)不足，施工設(shè)備不強(qiáng)，再加多數(shù)工程施工時(shí)間緊，使得由于施工質(zhì)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(shí)度不足和穩(wěn)定性差、路面基層施工質(zhì)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(shè)計(jì)存在的問題 2.5.1 瀝青混凝土配合比設(shè)計(jì)按規(guī)范要求應(yīng)經(jīng)過三個(gè)階段 ,即目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)階段及驗(yàn)證階段 ,各階段對(duì)要達(dá)到的目的都有明確的要求 ,在施工時(shí) ,有的單位壓縮一至二個(gè)階段 ,有的干脆憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工。因此 ,從理論和實(shí)踐來講存在較大的偏差 ,從而導(dǎo)致瀝青混凝土內(nèi)在質(zhì)量存在先天不足。 2.5.2 配合比設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮工程所在地材料特性、交通類型、氣候的特點(diǎn)、施工水平以及 投入施工設(shè)備性能和數(shù)量，就盲目按照施工技術(shù)規(guī)范和試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，結(jié)果導(dǎo)致配合比的不適應(yīng)，埋下了早期病害的隱患。 2.5.3 設(shè)計(jì)時(shí)瀝青用量的多少也是產(chǎn)生病害的重要因素。當(dāng)瀝青用量教正常用量減少時(shí)，瀝青膜變薄，則混合料的延伸能力降低，脆性增加。同時(shí)因?yàn)r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(shí)還增加了水浸入的機(jī)會(huì)，造成水損害。當(dāng)瀝青用量教正常用量增大時(shí)，強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性就會(huì)隨之降低，特別是在高溫的條件下或長(zhǎng)時(shí)間承受荷載作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的泛油和變形，變形中 的一些不可恢復(fù)的部分累計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)填料選擇和用量也是導(dǎo)致病害因素之一。在瀝青混合料中，礦質(zhì)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(guó)由于粉煤灰的質(zhì)量往往不穩(wěn)定，一般不允許在高速公路、一級(jí)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(huì)使膠泥成團(tuán)，致使路面膠泥離析，均會(huì)導(dǎo)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(shè)備斷面加寬 ,瀝青混合料從中間通過螺旋輸送到兩側(cè) ,由于距離大 ,必然產(chǎn)生離析 ,這種離析改變了瀝青混凝土生產(chǎn)配合比 ；其次 ,由于燙平板從機(jī)心向兩側(cè)懸臂較長(zhǎng) ,隨著攤鋪次數(shù)的增加 ,產(chǎn)生變形 ,對(duì)路面厚度、平整度、橫坡的控制也有較大影響。另外運(yùn)料車向攤鋪機(jī)受料斗卸料不規(guī)范，產(chǎn)生溫差離析，在正常的碾壓過程中壓實(shí)度難以達(dá)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(shí)機(jī)械組合不合理、工序不規(guī)范，漏壓、過壓以及錯(cuò)過最佳碾壓時(shí)間，均會(huì)造成壓實(shí)度不足，導(dǎo)致空隙率偏大，水容易浸入，在車輪的荷載作用下 ，會(huì)產(chǎn)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(jié)合料影響的，瀝青質(zhì)量的優(yōu)劣與瀝青路面的好壞有密切關(guān)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(zhì)已不能滿足更重要交通的瀝青路面結(jié)構(gòu)需要。但在道路結(jié)構(gòu)層的厚度設(shè)計(jì)、材料的使用上依然本著經(jīng)濟(jì)適用的原則 ,大多瀝青路面依然采用國(guó)產(chǎn)瀝青。由于國(guó)內(nèi)石油品質(zhì)及瀝青煉制工藝流程的特點(diǎn)，致使路用瀝青大多數(shù)含蠟量高，延度小，溫度敏感性強(qiáng)，使得許多瀝青路面面層結(jié)構(gòu)在遠(yuǎn)小于使用壽命年限內(nèi)出現(xiàn)損 壞。 2.8 礦料的問題 礦料質(zhì)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(huì)料場(chǎng)，各料場(chǎng)質(zhì)量、規(guī)格參差不齊，使用時(shí)離析嚴(yán)重，混合料級(jí)配波動(dòng)大，嚴(yán)重影響瀝青路面施工控制，是較為嚴(yán)重的問題，突出的表現(xiàn)為：不潔凈、針片狀含量超標(biāo)、級(jí)配差等，且相當(dāng)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(biāo)不符合要求，對(duì)瀝青混合料的強(qiáng)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(jié)束語 綜上探討可以看出來，瀝青路面的常見病害處治是個(gè)不容忽視的問題，在路面施工技術(shù)日新月異的今天，諸多種新方法、新工藝被應(yīng)用到施工中，大大的延長(zhǎng)了瀝青路面的使用年限，保證了車輛安全、舒適、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，公路路面一旦出現(xiàn)病害，維修起來不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且嚴(yán)重的影響了公路的正常使用，所以對(duì)公路路面的各種病害應(yīng)該以預(yù)防為主。有效預(yù)防各種病害的發(fā)生，必須深入的研究各種病害的機(jī)理，從而在設(shè)計(jì)上、施工等環(huán)節(jié)中盡可能為消除病害