瀝青路面耐久性問題探討

呂群輝

摘 要 瀝青路面耐久性受多方面因素的影響，瀝青路面在自然因素、實(shí)際交通條件等外部因素和瀝青混合料類型、配合比設(shè)計(jì)、瀝青質(zhì)量、骨料質(zhì)量與級配等內(nèi)部因素的作用下，常出現(xiàn)車轍、裂縫等路面病害，使其使用壽命很難達(dá)到設(shè)計(jì)年限。本文對影響瀝青路面耐久性的相關(guān)因素進(jìn)行了歸類與分析，同時(shí)也針對這些相關(guān)因素分析了一些對提高瀝青路面使用壽命較有效的改善措施。

關(guān)鍵詞 耐久性 骨料 質(zhì)量與級配

對瀝青混合料瀝青路面耐久性的研究始于上世紀(jì)，迄今已有半個多世紀(jì)，是瀝青路面各種研究中最受關(guān)注、研究投入最多的課題之一。迄今，對瀝青路面耐久性已進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，取得了深入的認(rèn)識。1987年-1992年期間美國開展了公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃項(xiàng)目，意圖對瀝青和瀝青混合料進(jìn)行深入研究，以制定與使用性能相關(guān)聯(lián)的瀝青和瀝青混合料技術(shù)規(guī)范。

隨著經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展，車輛大型化、重載超載、交通大流量及渠化交通等逐漸成為現(xiàn)代交通的必然趨勢和鮮明特點(diǎn)。公路使用條件變得日益苛刻，許多公路瀝青路面建成不久，各種病害也隨之而來，傳統(tǒng)路面已難負(fù)重任，開裂、車轍、坑槽及溫縮等早期破壞情況也時(shí)有發(fā)生 。瀝青路面耐久性直接影響瀝青路面的使用壽命及使用性能，是決定瀝青路面工程壽命周期成本的關(guān)鍵因素。因而延長使用壽命即提高瀝青混合料的路用性能，提高瀝青路面在其服役期內(nèi)的使用品質(zhì)，顯得尤為重要。本文主要從影響瀝青路面結(jié)構(gòu)耐久性的內(nèi)部及外部兩方面因素進(jìn)行研究分析，總結(jié)出一套對提高瀝青耐久性能切實(shí)可行的措施。

一、瀝青路面耐久性分析

1.影響瀝青路面耐久性的內(nèi)部因素。（1）瀝青質(zhì)量。大多數(shù)瀝青道路往往路面表層結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)小于使用壽命的年限內(nèi)便出現(xiàn)損壞，其原因在于國內(nèi)石油品質(zhì)及瀝青煉制工藝流程的特點(diǎn)，含蠟量高、延度小，溫度敏感性強(qiáng)，瀝青黏度低，勁度低，抗車轍能力弱，瀝青含蠟量高，會出現(xiàn)橫向裂縫，溫度敏感性高的瀝青路面開裂。（2）骨料質(zhì)量。在考慮材料對瀝青混合料的影響時(shí)，往往比較重視對瀝青的影響，而對骨料的影響都重視的不夠，而骨料質(zhì)量的好壞是瀝青路面早期破損的重要因素，要研究瀝青混合料的性能，骨料質(zhì)量差的必然結(jié)果是混合料的質(zhì)量也差，故必要條件是保證骨料的質(zhì)量，并結(jié)合考慮對骨料級配的控制，較好的粗骨料級配應(yīng)當(dāng)有較大的堆積密度，較小的空隙率，以減少瀝青用量并保證密實(shí)度；總表面積小，以減少濕潤骨料表面的需水量；有少量的細(xì)顆粒以滿足和易性的要求。武歷斌 等用大小尺寸不同的粗骨料混合試驗(yàn)得出，當(dāng)粗石子占總石子的70%時(shí)，堆積密度最大，空隙率最低，耐久性也好，如下圖1所示。

（3）混合料的配合比。瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)結(jié)果對路面性能、材料用量及工程造價(jià)有很大影響，是一項(xiàng)非常重要的技術(shù)工作，混合料配合比設(shè)計(jì)主要是考慮兩方面內(nèi)容：一是穩(wěn)定性，二是耐久性。目前高級公路的瀝青混合料組成的設(shè)計(jì)通常以馬歇爾試驗(yàn)作為主要測試手段，并通過車轍試驗(yàn)對抗車轍能力進(jìn)行輔助試驗(yàn)，由此來決定礦料級配和瀝青用量，以確?；旌狭嫌辛己玫男再|(zhì)。

（4）施工質(zhì)量。主要是嚴(yán)把原材料質(zhì)量關(guān)以及對施工準(zhǔn)備階段和施工過程中的控制。購進(jìn)材料時(shí)要求廠家示廠報(bào)告單，并提交試驗(yàn)室進(jìn)行抽樣檢查，符合要求方可進(jìn)場，使用期間嚴(yán)格按照規(guī)范要求的頻率，進(jìn)行隨機(jī)抽樣檢查。在進(jìn)行路面施工時(shí)，首先要審查施工組織計(jì)劃，內(nèi)容包括組織管理機(jī)構(gòu)、拌和廠布置、施工質(zhì)量管理體系、施工機(jī)械組織材料供應(yīng)、施工進(jìn)度計(jì)劃、施工順序和作業(yè)程序、環(huán)保對策、安全措施、工程保險(xiǎn)、質(zhì)量檢測機(jī)構(gòu)組成，儀器設(shè)備及試驗(yàn)評定辦法等，同時(shí)要檢查壓路機(jī)、粒料拌和機(jī)、廠拌及路拌拌和機(jī)、自卸汽車、攤鋪機(jī)、灑水車、瀝青混合料拌和設(shè)備、裝載機(jī)等施工機(jī)械是否已按要求進(jìn)場。施工過程中要把好各道工序質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格按施工規(guī)范要求施工，應(yīng)不得在雨天施工，當(dāng)施工中遇雨時(shí)，應(yīng)停止施工，雨季施工時(shí)必須切實(shí)做好路面排水。

（5）設(shè)計(jì)質(zhì)量。高等級路面設(shè)計(jì)應(yīng)考慮周到，如設(shè)計(jì)深度不足，照搬標(biāo)準(zhǔn)、抄項(xiàng)目、理論與實(shí)際脫節(jié)嚴(yán)重，對于車流量的增加沒有遠(yuǎn)見，還沒有到達(dá)設(shè)計(jì)年限路面已經(jīng)嚴(yán)重破壞等，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提前做好準(zhǔn)備，考慮要全面，充分發(fā)揮瀝青路面原有的耐久性能。

2.影響瀝青路面耐久性的外部因素。（1）溫度變化。高溫對瀝青耐久性的影響是由于熱能加速瀝青分子的運(yùn)動，施工加熱引起瀝青中輕質(zhì)油分揮發(fā)外，還能促進(jìn)瀝青化學(xué)反應(yīng)的加速，導(dǎo)致瀝青技術(shù)性能降低及瀝青質(zhì)量嚴(yán)重劣化。溫度的升降與瀝青混合料的抗變形能力和強(qiáng)度成反比。溫度升高時(shí)瀝青的黏滯度降低，礦料之間的黏結(jié)力削弱，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。在車輛的重復(fù)荷載作用下在停車地點(diǎn)和行車變速的路段上路面發(fā)生累積變形，并且受到很大的水平作用力，大體上與垂直應(yīng)力相當(dāng)。若瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性不佳，路面則會產(chǎn)生較大的剪切變形，這就導(dǎo)致路面的破壞。瀝青路面程度隨溫度而變化的幅度很大，氣溫急驟降溫時(shí)，則會在路面結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生溫度梯度，當(dāng)遇降溫則路面面層收縮，面層會產(chǎn)生拉應(yīng)力。面層開裂的原因?yàn)榇藭r(shí)的瀝青混凝土強(qiáng)度小于拉應(yīng)力。瀝青路面損壞開始始于路面裂縫的出現(xiàn)，隨著低溫循環(huán)的影響，裂縫會進(jìn)一步擴(kuò)展隨后雨水由裂縫滲入路面結(jié)構(gòu)，逐漸導(dǎo)致路面工作狀況惡化，則最終導(dǎo)致路面的使用性能受較大的影響。

（2）疲勞性能。疲勞性能是指瀝青混合料在反復(fù)荷載作用下抵抗破壞的能力，從疲勞的觀點(diǎn)看，瀝青混合料的勁度模量是一個重要的材料特性。

（3）水損害。瀝青材料由不同分子量的碳氧化合物及其非金屬衍生物組成的黑褐色復(fù)雜混合物呈液態(tài)、半固態(tài)或固態(tài)，是一種防水防潮和防腐的有機(jī)膠凝材料，由于其本身的技術(shù)特性很復(fù)雜，因此是水性與其許多技術(shù)特性有關(guān)，此外瀝青路面的透水性與瀝青混合料的空隙率也有較密切的關(guān)聯(lián)，從耐久性的角度出發(fā)，空隙率越大的混合料其耐久性較差。

（4）瀝青老化。石油瀝青是由油分、樹脂、瀝青質(zhì)組成，在瀝青路面施工及使用過程中，由于瀝青組分的揮發(fā)，在空氣中的氧、光和熱的綜合作用下，隨著時(shí)間的推移，瀝青組分發(fā)生變化其油分與樹脂漸漸失去，其流動性減弱，黏度增強(qiáng)，硬度增大，具有一定的脆性，導(dǎo)致路面瀝青性質(zhì)發(fā)生變化，即老化在瀝青使用過程，氧、熱、時(shí)間是影響瀝青質(zhì)量的三大重要因素，其中影響瀝青老化程度的關(guān)鍵是時(shí)間的長短，引起瀝青老化變質(zhì)的主要原因是氧的存在，促進(jìn)瀝青老化的主要外部條件則是熱，另外水、紫外線也是引起瀝青老化的重要因素，老化后的瀝青會使其低溫性能降低及損失，鋪筑路面后可導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)嚴(yán)重龜裂。

二、瀝青路面耐久性改善措施

對于瀝青路面耐久性主要從以下五個方面進(jìn)行改善。

第一，從生產(chǎn)瀝青的原油和改善瀝青性能著手，使用瀝青的防老化添加劑，如抗氧化劑、光屏蔽劑、淬滅劑等：使用聚合物改性瀝青，如PE改性瀝青、EVA改性瀝青、鞋瑪改性瀝青等。

第二，控制車轍，車轍是工業(yè)發(fā)達(dá)國家高速公路上的主要病害，是路面使用性能降低和導(dǎo)致?lián)p壞并要求進(jìn)行路面維修的最主要原因。影響路面車轍深度主要有兩個因素：通常不能控制的客觀因素，如交通和氣候條件；可以控制的因素，如瀝青混合料的強(qiáng)度和瀝青路面結(jié)構(gòu)、添加纖維等。

第三，瀝青路面防裂，整體施工完畢后，增加鋸縫工序。在面層上預(yù)鋸縫是減少溫度裂縫的有效措施，鋸縫的間距隨各地氣候條件和瀝青質(zhì)量而變，應(yīng)通過試驗(yàn)確定。鋸縫深度應(yīng)不小于1/2面層厚度。采用纖維混合料結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)瀝青混合料的抗縮能力和抗折強(qiáng)度。對于瀝青混合料，在考慮熱穩(wěn)定性的同時(shí)，根據(jù)不同自然條件注意其低溫穩(wěn)定性。

第四，減少水對瀝青混合料的影響，應(yīng)采取的措施：加入外摻劑，控制水穩(wěn)性損壞的兩種外摻劑主要包括化學(xué)外摻劑及石灰外摻劑。足夠的壓實(shí)，減少使用水敏性材料集料，良好的排水系統(tǒng)，密封瀝青集料混合料表面和處治對水敏感的集料和瀝青。

第五，提高基層質(zhì)量，保證半剛性材料（基層）的強(qiáng)度和抗沖刷能力。材料的抗沖刷能力與強(qiáng)度和級配集料中小于0.075 nun顆粒的含量密切有關(guān)。強(qiáng)度不足的基層容易產(chǎn)生唧漿現(xiàn)象。唧漿后面層局部變形，雨水再次侵入，再次唧漿，如此惡性循環(huán)，導(dǎo)致瀝青面層產(chǎn)生坑洞，從而使瀝青路面破壞。保證基層的施工質(zhì)量，包括拌和與鋪筑的均勻性以及鋪筑后的高程和平整度。應(yīng)采用集中廠拌法拌和混合料外，還應(yīng)該用攤鋪機(jī)攤鋪混合料。

三、結(jié)束語

瀝青路面的病害嚴(yán)重影響了道路的使用性能，給國家造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失，應(yīng)引起足夠的重視。隨著道路等級的不斷提高，交通量的逐年增大，重載車的日益增多，瀝青路面面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。雖然經(jīng)過眾多公路行業(yè)專家同仁的共同努力，瀝青路面的整體質(zhì)量有了很大提高，但還需要我們做進(jìn)一步的研究與探討，相信通過不斷的經(jīng)驗(yàn)積累和深入的科學(xué)研究，會逐漸減少瀝青路面病害現(xiàn)象的發(fā)生。

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