瀝青路面典型病害分析及預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究

摘要：分析瀝青路面裂縫、車轍和坑槽等典型病害的形成機(jī)制和主要因素，提出路面病害檢測(cè)評(píng)估和處置方法，闡述表面處理技術(shù)、路面養(yǎng)護(hù)新材料的應(yīng)用等方面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究成果，對(duì)瀝青路面的病害處理和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)施工具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；典型病害；預(yù)防性養(yǎng)護(hù)；檢測(cè)和評(píng)估

0 引言

隨著公路交通流量的不斷增加以及氣候變化等因素的影響，大部分瀝青路面在運(yùn)行一段時(shí)間之后都會(huì)出現(xiàn)裂縫、車轍和坑槽等病害，嚴(yán)重影響道路的安全性、舒適性和使用壽命。針對(duì)瀝青路面病害的防治問題，相關(guān)學(xué)者和工程師進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐[1]。然而，由于瀝青路面具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和多種影響因素，病害的形成機(jī)制和預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)仍然存在許多未解之謎。深入研究典型病害和探索有效的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)，對(duì)于改善瀝青路面的耐久性、降低維護(hù)成本和提高道路運(yùn)行質(zhì)量具有重要意義。

1 瀝青路面典型病害分析

1.1 裂縫

1.1.1 形成機(jī)制和分類

常見的裂縫類型包括：反射裂縫、疲勞裂縫、熱脹冷縮裂縫、龜裂和沉降裂縫等。反射裂縫是由下層結(jié)構(gòu)的裂縫向上反射至表層的裂縫，通常由下層結(jié)構(gòu)的變形或收縮引起。疲勞裂縫是在長期交通荷載作用下，瀝青路面材料發(fā)生疲勞損傷而產(chǎn)生的裂縫。熱脹冷縮裂縫主要是由路面溫度變化引起，當(dāng)溫度升高時(shí)路面材料膨脹，在溫度降低時(shí)路面材料收縮，導(dǎo)致裂縫形成。龜裂是由路面表層多個(gè)細(xì)小的裂縫緊密排列形成的網(wǎng)狀裂縫[2]。沉降裂縫是由路基或地下管線沉降引起的路面下沉或不均勻沉降而產(chǎn)生的裂縫。

1.1.2 主要影響因素

首先，交通荷載是重要的影響因素之一。車輛施加在路面上的荷載會(huì)導(dǎo)致瀝青材料的應(yīng)力集中和變形，從而促使裂縫的形成。其次，氣候條件也對(duì)裂縫形成起著重要作用。溫度變化引起的熱脹冷縮效應(yīng)、降雨引起的水分入侵以及凍融循環(huán)等因素都可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生[3]。此外，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料性能、施工質(zhì)量_{YpC53cE2OL4c6Povx3ZoPw==}和養(yǎng)護(hù)管理等方面的因素也會(huì)對(duì)裂縫的形成和擴(kuò)展起到影響。

1.1.3 檢測(cè)和評(píng)估方法

常用的檢測(cè)方法包括目視檢查、攝像機(jī)監(jiān)測(cè)、無損檢測(cè)和地面雷達(dá)檢測(cè)等。目視檢查是最常用的方法，通過實(shí)地巡視和觀察，記錄裂縫的類型、長度、寬度和分布情況。攝像機(jī)監(jiān)測(cè)方法可用于連續(xù)監(jiān)測(cè)裂縫的變化情況，并提供圖像和視頻數(shù)據(jù)以支持分析和評(píng)估。

無損檢測(cè)方法包括地質(zhì)雷達(dá)、紅外熱像儀和激光掃描儀等。地面雷達(dá)可測(cè)到路面下的結(jié)構(gòu)變化、裂縫的位置和形態(tài)。紅外熱像儀可通過檢測(cè)路面溫度差異來識(shí)別裂縫和其他病害。激光掃描儀可用于生成精確的路面三維模型，以便對(duì)裂縫進(jìn)行精確的測(cè)量和評(píng)估。

評(píng)估裂縫病害的嚴(yán)重程度是關(guān)鍵步驟[4]。常用的評(píng)估方法包括裂縫寬度測(cè)量、裂縫密度計(jì)算和裂縫指數(shù)分析等。裂縫寬度可通過使用裂縫規(guī)尺或激光測(cè)距儀等測(cè)量工具來確定。裂縫密度可通過統(tǒng)計(jì)單位長度內(nèi)的裂縫數(shù)量來計(jì)算。裂縫指數(shù)是一種綜合評(píng)估方法，用于描述和比較不同路面段的裂縫嚴(yán)重程度，需結(jié)合裂縫的類型、寬度和長度等因素進(jìn)行分析。

1.2 車轍

1.2.1 成因及特征

車轍是由車輛頻繁荷載引起的路面變形和損傷。車轍通常在路面表層呈現(xiàn)為沿行車方向延伸的凹陷或溝槽，在重負(fù)荷區(qū)域特別明顯。車轍的特征包括：路面的坡度降低、不平整、水積聚、噪聲增加以及車輛行駛時(shí)的顛簸感。

1.2.2 主要影響因素

交通荷載是最主要的影響因素之一。頻繁的車流和重型車輛施加在路面上的荷載，會(huì)導(dǎo)致瀝青材料的塑性變形，從而形成車轍。氣候條件對(duì)車轍的形成起著重要作用。高溫環(huán)境下的瀝青路面容易軟化和變形，增加了車轍發(fā)生的可能性。道路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工、路面材料的質(zhì)量與性能、施工工藝的安排與實(shí)施等，也會(huì)對(duì)車轍的形成和發(fā)展產(chǎn)生一定影響。

1.2.3 檢測(cè)和評(píng)估方法

目視檢查是最常用的識(shí)別車轍的方法之一，通過實(shí)地巡視和觀察，記錄路面的凹陷特征、溝槽深淺，以及車轍的位置和分布情況，可以初步評(píng)估車轍的嚴(yán)重程度?？刹捎脽o人機(jī)航拍和衛(wèi)星遙感等技術(shù)，獲取更大范圍的路面圖像，進(jìn)行更全面和定量化的車轍檢測(cè)和評(píng)估。

1.3 坑槽

1.3.1 形成機(jī)理和類型

坑槽是由路面表層局部破損或路基局部沉降引起的路面變形和損傷。按照坑槽形成的機(jī)理，可將其分為表層坑槽和深層坑槽。表層坑槽通常是因?yàn)榻煌ê奢d、氣溫變化以及化學(xué)腐蝕等因素導(dǎo)致瀝青路面老化、龜裂和剝落，最終形成坑槽[5]。深層坑槽則是由于路基松軟、土體含水量過高、地下水位變化以及管線破裂等因素，導(dǎo)致路基土流失或沉降，進(jìn)而形成坑槽。

1.3.2 主要影響因素

重型車輛的頻繁行駛和荷載作用會(huì)造成路面材料變形，最終產(chǎn)生坑槽。氣溫變化、降雨以及凍融循環(huán)等因素，會(huì)造成瀝青材料的膨脹、收縮或滲入水分，促進(jìn)坑槽的發(fā)展。路基的穩(wěn)定性、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)管理等方面因素也會(huì)對(duì)坑槽的形成和擴(kuò)展起到作用。

1.3.3 檢測(cè)和評(píng)估方法

可采用目視檢查、無人機(jī)航拍、衛(wèi)星遙感、激光掃描儀、地質(zhì)雷達(dá)和地面雷達(dá)等識(shí)別和監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行檢測(cè)。通過目視檢查初步確定坑槽的嚴(yán)重程度。通過無人機(jī)航拍和衛(wèi)星遙感方法，可全面檢測(cè)路面坑槽。激光掃描儀能夠生成精確的路面三維模型，用于測(cè)量和分析坑槽的尺寸和形狀。地質(zhì)雷達(dá)可探測(cè)路面下方結(jié)構(gòu)的變化和空隙，有助于評(píng)估深層坑槽的形成機(jī)理。地面雷達(dá)和無損檢測(cè)技術(shù)可用于確定坑槽下方土壤的流失和沉降情況。

1.4 瀝青路面破損的處置方法

瀝青路面破損，除了縱橫裂縫、車轍和坑槽等典型病害之外，還包括龜裂等非典型病害，瀝青路面破損類型和處置方法如表1所示。

2 常見預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)分析

2.1 表面處理技術(shù)

2.1.1 處理方法

在瀝青路面的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)中，表面處理技術(shù)是一種常用施工方法，封層是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。封層可以有效保護(hù)路面免受日常交通荷載、紫外線輻射、氣候變化和化學(xué)腐蝕等因素的侵蝕。在選擇封層方法時(shí)，需要考慮路面的狀況、設(shè)計(jì)壽命、交通量和預(yù)算限制等因素。常見的封層方法包括微表面處理、薄層罩面和加鋪封層等。

微表面處理主要是通過在瀝青路面表面噴灑特制的瀝青乳液與細(xì)粒料組成的混合物來形成均勻的表層，以提高瀝青路面的抗滑、耐久性能和防水效果。薄層罩面則是在原有瀝青路面上鋪設(shè)一層厚度為2～4mm的熱拌瀝青混合料，并使用振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓固化[6]，形成罩面，以有效延長瀝青路面的使用壽命。加鋪封層是在原有老化和損傷的瀝青路面上加鋪一層較厚的熱拌瀝青混合料并進(jìn)行碾壓，形成一層新的瀝青路面，以提高瀝青路面的運(yùn)行效果。

2.1.2 材料選擇

在材料選擇方面，應(yīng)優(yōu)先選擇高質(zhì)量的瀝青混合料和瀝青乳液。瀝青混合料應(yīng)具有良好的柔性和抗剪強(qiáng)度，能夠耐受交通荷載并具有良好的耐久性。瀝青乳液應(yīng)具有良好的附著力、穩(wěn)定性和防水性能，以保證封層材料與路面的粘結(jié)和抗剝離能力。

2.1.3 材料溫度和空氣濕度控制

對(duì)于材料溫度控制，需根據(jù)瀝青混合料的特性和環(huán)境條件來確定施工時(shí)的溫度。如果瀝青混合料溫度過高，瀝青會(huì)變成黏稠狀，不容易攤鋪和固化；如果其溫度過低，瀝青會(huì)脆化，降低其柔性和粘結(jié)性[7]。因此在攤鋪施工過程中需要控制瀝青混合料的溫度，確保其處于適宜攤鋪和壓實(shí)的溫度狀態(tài)。

對(duì)于空氣濕度控制，需注意避免在高濕度或降雨天氣下進(jìn)行施工作業(yè)。這是因?yàn)榭諝鉂穸葧?huì)影響瀝青混合料和乳液的粘結(jié)性能，造成封層材料與路面粘結(jié)不良、或水分進(jìn)入路面與封層之間，導(dǎo)致降低施工質(zhì)量和效果。因此應(yīng)選擇在干燥的天氣條件進(jìn)行路面養(yǎng)護(hù)施工，確保封層過程具有適宜的濕度。

2.1.4 養(yǎng)護(hù)效果評(píng)估

常用的評(píng)估指標(biāo)包括路面的平整度、抗滑性能、耐久性和防水性能等。路面平整度可使用路面平整度測(cè)定儀或激光掃描儀等設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果評(píng)估封層后的路面平整度，確保沒有明顯的凹凸不平或波紋現(xiàn)象。路面抗滑性能可使用防滑測(cè)試儀進(jìn)行路面測(cè)試，或通過車輛制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)距離等指標(biāo)來評(píng)估，以確保封層后路面的摩擦力符合設(shè)計(jì)要求。路面耐久性可通過長期觀察和實(shí)測(cè)來評(píng)估，包括路面的老化程度、裂縫和剝落情況等。路面防水性能可以通過模擬降雨測(cè)試和檢查路面排水情況來評(píng)估，以確保封層能夠有效地防止水分滲入路面結(jié)構(gòu)中。

2.2 路面養(yǎng)護(hù)新材料的應(yīng)用

2.2.1 改性瀝青材料

改性瀝青材料主要通過添加劑對(duì)瀝青進(jìn)行改性處理，以改善其物理和化學(xué)性質(zhì)。常見的改性劑包括橡膠粉、聚合物、增稠劑和增粘劑等[8]。將橡膠粉與瀝青混合，可以增加路面的柔韌性和彈性模量，提高抗裂性能。聚合物改性瀝青則可以增加瀝青的黏性和粘附性能，提高路面的抗水性和抗紫外線輻射性能。

應(yīng)用改性瀝青材料，可針對(duì)不同的病害類型進(jìn)行優(yōu)化。例如為防止龜裂病害，可采用聚合物改性瀝青，以提高路面的抗拉強(qiáng)度和變形性能，抑制裂縫的擴(kuò)展。對(duì)于路面老化病害，橡膠粉改性瀝青可以增加路面的耐久性，減緩老化過程。

2.2.2 高性能添加劑

高性能添加劑包括劑型復(fù)合材料、納米材料和化學(xué)改性劑等，均具有改善瀝青路面性能的獨(dú)特功能。

劑型復(fù)合材料是一種將不同類型的添加劑組合在一起的材料，以實(shí)現(xiàn)多種性能的綜合調(diào)控。例如，聚合物改性劑和碳纖維可同時(shí)添加到瀝青中，可提高強(qiáng)度和抗裂性能。納米材料，如納米氧化硅和納米黏土，可以在微觀尺度上增強(qiáng)瀝青的力學(xué)性能和抗老化性能?；瘜W(xué)改性劑，如胺類和酸類物質(zhì)，可以通過與瀝青發(fā)生反應(yīng)來提高其粘結(jié)性能和抗水性能。

高性能添加劑的應(yīng)用可根據(jù)路面需要進(jìn)行定制。例如在寒冷地區(qū)，具有低溫柔性的高性能添加劑可提高瀝青的抗冷裂性能。交通流量高的道路，可添加耐久性強(qiáng)的高性能添加劑，以延長路面使用壽命。

2.2.3 抗裂纖維增強(qiáng)劑

抗裂纖維增強(qiáng)劑是一種通過添加纖維材料來增強(qiáng)瀝青路面抗裂性能的材料。玻璃纖維、聚丙烯纖維或鋼纖維等纖維材料，通過與瀝青形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可有效抵抗瀝青路面裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展，可增加瀝青混合料的韌性和抗拉強(qiáng)度，提高路面的耐久性和抗裂性能。添加了抗裂纖維增強(qiáng)劑的瀝青混合料，還具有優(yōu)異的耐腐蝕和抗水性能，可減少化學(xué)物質(zhì)和水分對(duì)路面的侵蝕，還能夠抵抗交通荷載、溫度變化和老化等因素的影響。

可針對(duì)瀝青路面不同的病害類型，選擇最適宜的抗裂纖維增強(qiáng)劑。對(duì)于反射裂縫，通過添加纖維材料可以減輕裂縫的反射和傳播，延長路面使用壽命。對(duì)于疲勞裂縫，通過添加纖維材料可以改善瀝青混合料的抗疲勞性能，減少裂縫形成的頻率和程度。

3 結(jié)束語

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)在延緩病害發(fā)展、提高路面性能方面具有顯著效果，通過定期巡檢和維護(hù)，采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施，可以減少病害出現(xiàn)的頻率和程度，延長路面的使用壽命。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)仍需要進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。比如針對(duì)不同地區(qū)和氣候條件，應(yīng)進(jìn)一步精細(xì)化調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施。通過總結(jié)已有成果、優(yōu)化改進(jìn)養(yǎng)護(hù)技術(shù)，有望進(jìn)一步提高公路路面的耐久性和平整度、行車的安全性和舒適性。

參考文獻(xiàn)

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