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高速公路沥青路面耐久性及早期损坏探究

2020-12-28 166 上传者：管理员

摘要：分析目前在高速公路沥青路面上产生的多种破坏形式，研究破坏发生的原因，并提出有效的解决办法，制定有针对性的策略，以期有效预防早期损坏，给相关研究人员提供借鉴和参考。

关键词：
土木工程
早期损坏
沥青路面
耐久性
高速公路
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1、引言

目前，高速公路普遍采用改性沥青、SMA以及矿物纤维材料，使得高速公路施工工艺有了明显的提高。但是从全局角度上来看，早期破坏现象比较严重，造成了极大的浪费，降低了高速公路的经济性。高速公路沥青路面耐久性不足主要表现在以下3个方面：（1）沥青路面损坏的时间比较早，有的高速公路路面在使用一两年之后路面就发生比较大的破损，实际运营的时间与预计寿命相差较远；（2）路面损坏的范围分布较为广泛，在我国各个地区高速公路都存在不同程度的路面过早损坏问题；（3）损坏的问题比较严重，有的损坏不仅仅局限在沥青的表面层，同时在基层也发生损害，严重时需要进行路面重建。

2、高速公路沥青路面耐久性影响因素研究

2.1沥青质量原因

沥青是一种防水防潮的有机胶凝材料，如果使用的沥青质量比较差，就会导致沥青黏结度比较差，抗车辙的能力下降，可能会出现横向的裂缝，对于温度比较敏感的沥青路面可能会产生开裂的现象[1]。

2.2集料的质量原因

如果施工中使用的集料的质量比较差，会导致级配比在设计上偏差比较大，路面容易出现早期的病害，集料在使用的过程中应尽量采用粒径较大的，整体接近于立方体；碎石有着粗糙的棱角，主要的目的是加大沥青内部的摩擦阻力，形成矿料之间的摩擦阻力作用，能够有效提升沥青混合料抗形变的能力。另一方面要尽量使用人工砂，需要控制天然砂的使用数量，尽量采用圆形的颗粒，碎石屑要尽量减少含泥量，级配要粗糙。采用一定质量的矿粉能够起到减少摩擦的作用，有效改善沥青的剥落，在实际中应该控制好矿粉的使用数量。

2.3混合料的配合比

沥青混合料的配合比要考虑耐久性和稳定性。高等级路面沥青材料主要以马歇尔实验作为主要判断依据，所使用的高等级沥青材料要经过多次配合比调试之后，经过搅拌设备进行试拌，达到标准规范要求后，才能够作为最终的混合料配合比。

2.4施工的质量

在施工过程中，集料的加热时间会影响沥青混合料的使用性，如果集料加热时间比较短，或者是拌和时间达不到标准规范要求，加热温度过低，可能会导致花白料现象出现。沥青混凝土强度下降，在施工完成后容易造成松散和波动。如果拌和的温度过高会导致沥青容易老化，沥青混凝土强度降低[2]。

3、早期损坏的类型

我国高速公路半刚性沥青路面在早期损坏上有比较多的形式，下面是几种比较常见的破坏形式：（1）我国地质条件较为复杂，高速公路穿越地带的地质条件多变，尤其是西部地区，很多都是软土地基，可能会发生软土路基的沉降，引起高速公路路面不均匀沉降，使得沥青路面产生较大的变化。遇到软土路基，高速公路虽然一般都会采用相应的处理措施，但是由于措施不到位，软土路基会下陷，会对行车安全造成比较严重的威胁。有的高速公路在桥头的位置已经多次采用沥青混凝土进行找平，找平层的厚度已经比原来施工的厚度增加了不少，可能在运行多年以后，才会达到整个土体的稳定性，减少沉降量。（2）桥头跳车。桥头跳车是高速公路比较普遍的现象，其既有地基沉降的原因，又有一部分属于桥头填土的压密效果。（3）结构性的破坏，水的破坏以及严重的辙槽。对于这些破坏形式，本文主要探讨在对高速公路沥青路面耐久性影响较为大的结构性破坏、水破坏以及辙槽破坏。

4、沥青路面早期破损的原因

4.1外因

外部原因主要是由于交通运输事业的发展，我国货运汽车无论是数量以及载重量都得到了明显的提高，并且存在较为明显的超载现象。大部分高速公路的轴载为140～150kN，最大的轴载已经远远超过了这一数字。但是高速公路在设计过程中，忽视了这一因素，设计的面层承载力不足，在重型货车的行车荷载下，很容易引发表面结构的破坏，如果夏季降雨的时间比较长，路面长期受到浸泡，也会产生水破坏。

4.2内因

对水破坏的内部原因进行分析，可以得到以下结论：（1）材料上部的孔隙率比较大，当遇到下雨天气时，这种漏斗效应会使得雨水很快穿过沥青表面，进入中面层和底面层。（2）沥青材料在压实过程中没有达到密实标准，各个位置出现了不均匀的密实性，水分在面层中得到流动，这些薄弱位点在快速行驶的汽车轮胎下会产生较大的动水压力，将水压入表面层中，自由水可能会被压入底面层的底部。（3）面层的破裂。混凝土在柔性基层上可能会产生温度裂缝，在半刚性基础上也会产生温度裂缝，半刚性温度裂缝比柔性基层裂缝要缓和一些。在降雨过程中，雨水会充满裂缝，并且到达面层的底面，在基层顶面滞留，同时沿着裂缝向四周进行扩散，在行车荷载的反复压力下，对基层造成不断的粉刷，形成白浆。

5、解决早期破坏的主要措施

5.1选择较为优质的沥青材料

需要选择质量较为稳定、含蜡量比较低同时具有稳定性能的改性沥青材料，不但要注重沥青的原始指标，沥青进场之后还要检验薄膜烘箱实验，观看其性质变化。对于抗车辙性能来说，抗车辙能力随着沥青软化点的增加而不断增强。因此，如果使用改性沥青材料，应该选择软化点比较高，同时加热损失比较小的沥青材料。

5.2对于沥青材料的配合比进行优化设计

根据标准规范要求，提出合理的优化级配的方式。对配合比进行不断的验证实验，选择较为合理的配合比，能够使得沥青混合料抗滑性能较好，并且内部的构造比较大，具有良好的耐久性，全面提升高速公路沥青路面耐久性，防止出现早期破坏。

5.3提高沥青混合料的压实度

在沥青的上部面层中采用密实性沥青混凝土，空隙率为3%～4%，压缩后的空隙率不能大于6%。沥青混合料铺筑过程中，选择较好的压实设备。由于马歇尔试验在成型温度时具有变异性，因此，可以利用最大理论密度来控制混合料的压实度，控制标准不小于马歇尔实验的96%[3]。

5.4改善结构设计

可以将半刚性基础转变为复合路面形式，在半刚性基层与柔性沥青混凝土路面之间，增加级配碎石或者是级配混凝土的过渡层，这样就能够有效降低基层的开裂对于面层所造成的影响。需要有效改善路面的排水设施，广泛采用透水层进行排水，在路面附近要设置排水管道，使得在内部蓄积的自由水能够快速排出面层，减少对结构层的破坏。要对路面排水设施进行经常性的养护，维持良好的使用性能，减少路面破坏性，这样就能够有效提升路面的使用寿命。当路面出现早期的破坏或者是裂缝时，需要及时进行养护和修补，有效提升路面的使用性能。

6、结语

本文对高速公路沥青路面耐久性的影响因素进行分析，探讨了沥青路面早期损坏的类型以及原因，并且根据工程实践以及研究，提出了解决沥青路面早期破坏的主要措施，希望给相关研究人员提供借鉴和参考，以提升高速公路沥青路面质量。

参考文献：

[1]郑剑锋.基于贵州高速公路沥青路面的施工动态控制研究[D].重庆:重庆交通大学,2018.

[2]刘烝.天津高速公路沥青路面预防性养护技术应用研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2017.

[3]杜振.解决高速公路沥青路面水损害早期损坏的技术途径[J].江西建材,2017(4):148.

魏健,徐承明,陈毅.高速公路沥青路面耐久性及早期损坏分析[J].工程建设与设计,2020(24):93-94.

基金:2019年度浙江省交通运输厅科技计划项目(2019030)