試論高等級(jí)瀝青路面面層損壞的成因及對(duì)策

宋 濤

（山西省大同至渾源高速公路管理處，山西 大同 037006）

眾所周知，各種形式的道路構(gòu)成了國(guó)內(nèi)外陸路交通的主要基礎(chǔ)。目前，二級(jí)及以上等級(jí)的道路在我國(guó)被稱(chēng)為高等級(jí)道路（其中高速公路是目前國(guó)內(nèi)外最高等級(jí)的道路形式），目前我國(guó)的高等級(jí)道路的保有量約為50.2×104km。這些高等級(jí)道路約占全國(guó)等級(jí)道路通車(chē)總里程的14%，但卻承擔(dān)著全國(guó)道路交通客（貨）運(yùn)輸總量的83%左右。我國(guó)的高等級(jí)道路路面形式的主體是瀝青混凝土路面，即柔性路面（其余主要是被稱(chēng)為剛性路面的水泥混凝土路面）[1]。瀝青路面的數(shù)量之所以占有道路通車(chē)總里程的絕大部分，其主要原因是因?yàn)橄鄬?duì)于水泥路面，瀝青路面的下述特點(diǎn)是十分明顯的。

a）結(jié)構(gòu)和材料的組成具有明顯的柔性特點(diǎn)，吸收振動(dòng)特性?xún)?yōu)異，行車(chē)舒適。

b）抗滑構(gòu)造自然形成且能夠長(zhǎng)期保持。

c）攤鋪工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，攤鋪壓實(shí)后即可快速開(kāi)放交通。

d）路面平整度好，施工結(jié)束后的幾何形態(tài)容易保持[2]。

e）路面病害的修補(bǔ)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單且路面舊材料容易再生利用等。

有鑒于這些特點(diǎn)，瀝青路面已成為國(guó)內(nèi)外道路面層的主要結(jié)構(gòu)形式。與道路的基層結(jié)構(gòu)不同，瀝青路面長(zhǎng)期暴露在自然光候（光照和風(fēng)、沙、雨、雪等）的影響之下，加之上部行車(chē)荷載的反復(fù)作用，瀝青路面出現(xiàn)多種多樣的損壞是難以避免的。處理路面的損壞，盡速恢復(fù)道路的正常服務(wù)功能已成為道路管理和養(yǎng)護(hù)部門(mén)的主要任務(wù)之一。

1 瀝青路面常見(jiàn)病害成因的成因分析

1.1 設(shè)計(jì)因素的影響

道路施工前的勘測(cè)和設(shè)計(jì)決定了道路的線(xiàn)形、曲率半徑、坡度和主要的結(jié)構(gòu)形式，這是后續(xù)施工的基礎(chǔ)和主要技術(shù)和經(jīng)濟(jì)依據(jù)。若出現(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，則不僅會(huì)對(duì)整個(gè)道路的通行效果產(chǎn)生影響，也必然會(huì)在相當(dāng)程度上決定道路使用中的病害產(chǎn)生數(shù)量。如筆者所在的山西省第一條高速公路——太（原）舊（關(guān)）高速，自1995年通車(chē)以來(lái)，發(fā)現(xiàn)路面病害在很多爬坡和較小曲率半徑的路段較為集中。究其原因，不難發(fā)現(xiàn)太舊高速的線(xiàn)形選形是以一級(jí)汽車(chē)專(zhuān)用路進(jìn)行設(shè)計(jì)的，而后續(xù)施工的道路基礎(chǔ)和面層，以及相關(guān)交通工程和服務(wù)設(shè)施是以高速公路進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工的。顯然，由于線(xiàn)形選形、曲率半徑和坡度設(shè)計(jì)的相對(duì)不足，造成使用中路面病害在某些特定區(qū)段集中出現(xiàn)也就不足為怪了。

1.2 道路鋪筑材料的影響

無(wú)論道路等級(jí)如何，瀝青路面都是由各種級(jí)配礦料和作為黏結(jié)劑的瀝青混合而成。能否達(dá)到設(shè)計(jì)的道路強(qiáng)度，與筑路材料是否符合道路規(guī)定的要求息息相關(guān)。另外瀝青混合料制備過(guò)程中的工藝要求十分嚴(yán)格，也是關(guān)系到瀝青混合料整體質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。如筆者所在山西省上黨地區(qū)的某條高速公路的面層在通車(chē)不到一年就出現(xiàn)了大面積的連續(xù)病害，嚴(yán)重影響了正常使用。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，很直觀地發(fā)現(xiàn)瀝青混凝土面層的顏色呈現(xiàn)微黃色，又經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其路用3項(xiàng)指標(biāo)均不正常，而查驗(yàn)原始數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)所用瀝青的原始數(shù)據(jù)符合要求。究其原因只有一個(gè)，就是瀝青在加熱過(guò)程中出現(xiàn)了過(guò)度加熱，即使用時(shí)的加熱溫度超過(guò)了規(guī)定而出現(xiàn)了嚴(yán)重老化，以此作為級(jí)配礦料的黏結(jié)劑制備的瀝青混凝土材料出現(xiàn)早期損壞是可以預(yù)料的。

1.3 車(chē)輛超載碾壓的影響

我國(guó)北方某些地區(qū)（如山西、內(nèi)蒙、新疆等煤炭和礦石外運(yùn)地區(qū)）道路車(chē)輛的超載作業(yè)較為普遍。為此，筆者曾在山西省大同至渾源高速公路做過(guò)專(zhuān)門(mén)的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)所有載煤和礦石的重型車(chē)輛均有不同程度的超載現(xiàn)象。如5軸載重車(chē)輛的超載程度均在20%～25%范圍。這些車(chē)輛超載碾壓的直接后果必然加速了道路病害的產(chǎn)生過(guò)程和出現(xiàn)頻率[3]。

1.4 道路通車(chē)后使用年限的影響

道路病害的形成和產(chǎn)生數(shù)量與道路的通車(chē)年限有直接關(guān)系。作為石油煉制的副產(chǎn)品，瀝青在使用中的材料老化是必然的，而材料的老化又是道路病害產(chǎn)生的主因之一。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，我國(guó)道路瀝青路面的使用壽命通常為15～20年（高速公路大多為30年左右），但由于各種各樣的原因，我國(guó)的高等級(jí)瀝青路面大多在通車(chē)2年后即會(huì)產(chǎn)生各種小面積損壞（通常1～3年內(nèi)的損壞又被視為道路的早期損壞）。這些損壞以網(wǎng)裂、松散、坑槽、擁包及縱橫裂縫等為主要表現(xiàn)形式，其產(chǎn)生數(shù)量隨道路通車(chē)年限的延長(zhǎng)呈指數(shù)增加（圖1）。

圖1 路面病害數(shù)量與道路通車(chē)年限的關(guān)系

圖1是在山西太（原）舊（關(guān)）高速公路（山西地區(qū)第一條高速公路，1996年建成通車(chē)）通車(chē)以來(lái)長(zhǎng)期實(shí)地觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)的結(jié)果（單位為每公里長(zhǎng)度的病害數(shù)量）[3]。筆者曾在自己所處的山西大同至渾源高速公路和山西西北部的其他山區(qū)丘陵地帶的多條高等級(jí)道路進(jìn)行多年觀察、統(tǒng)計(jì)和總結(jié)，認(rèn)為與圖1表示的相關(guān)數(shù)據(jù)和發(fā)展趨勢(shì)大致相近，說(shuō)明這些統(tǒng)計(jì)能夠較為確切地反映道路病害形成數(shù)量和道路通車(chē)年限之間的基本規(guī)律。

1.5 施工質(zhì)量的影響

瀝青混合料的制作、攤鋪和壓實(shí)過(guò)程涉及的作業(yè)工藝比較復(fù)雜。如材料的拌合均勻程度直接與其攤鋪和壓實(shí)效果密切相關(guān)，而攤鋪質(zhì)量的優(yōu)劣往往伴隨著路面裂縫和車(chē)轍等道路早期病害的產(chǎn)生[4]。

2 瀝青路面面層損壞對(duì)策研討

2.1 嚴(yán)格勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范

道路建設(shè)初期的線(xiàn)形選形、曲率半徑和坡度設(shè)計(jì)必須符合相應(yīng)的規(guī)范要求，這對(duì)于車(chē)輛荷載，特別是高等級(jí)道路常常遇到的超載運(yùn)輸對(duì)路面面層的超重碾壓工況是十分必要的。特別提到的是面層的損壞往往反映的是道路基層的強(qiáng)度不足造成的反射表現(xiàn)形式，因此在道路基礎(chǔ)和水泥穩(wěn)定基層的施工質(zhì)量必須得到嚴(yán)格的控制。

2.2 選擇合適的筑路材料，在高等級(jí)道路中采用改性瀝青是必要的

無(wú)論何種形式的路面都是由多種材料經(jīng)嚴(yán)格的制作工藝混合而成，因此選擇合適的鋪筑材料是達(dá)到道路設(shè)計(jì)要求的必要條件和基礎(chǔ)。如各種級(jí)配礦料必須符合設(shè)計(jì)要求的篩選粒徑和必要的硬度要求，瀝青必須符合路用3項(xiàng)指標(biāo)等。新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)高等級(jí)道路，特別是高速公路的面層混合料的黏結(jié)劑已普遍采用改性瀝青（改性劑以SBS為主）。雖然材料成本有所上升，但改性瀝青表現(xiàn)的各種路用特性使得道路的技術(shù)性能得以大大提高。特別是其軟化點(diǎn)由普通基質(zhì)瀝青的40℃～45℃，提升到70℃～82℃，使得混合料的溫度穩(wěn)定性和材料的致密性得到有效改善。但改性瀝青必須達(dá)到相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的指標(biāo)，否則其性能難以充分發(fā)揮。如SBS在剪切膠體磨中的剪切細(xì)度應(yīng)小于等于5μm且應(yīng)與基質(zhì)瀝青充分混合和均勻分布（因改性劑與瀝青的材料比重相差較大，故杜絕兩者之間的離析是十分重要的）。

在道路的日常養(yǎng)護(hù)工程中，目前很多單位在道路病害修補(bǔ)時(shí)很少使用改性瀝青。其結(jié)果使得修補(bǔ)厚度路段很難達(dá)到原路面的路用強(qiáng)度。究其原因，改性瀝青的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用工藝較普通瀝青復(fù)雜是主要原因之一。有鑒于此，筆者建議改性瀝青的研發(fā)和制作單位應(yīng)適時(shí)研究適于道路日常養(yǎng)護(hù)工程使用的小產(chǎn)量改性瀝青制作設(shè)備，使道路日常養(yǎng)護(hù)工程單位能夠即時(shí)制作和使用，從而適應(yīng)養(yǎng)護(hù)工程的需求。

另外，無(wú)論何種瀝青，其使用時(shí)的加熱溫度必須符合相關(guān)要求，普通瀝青應(yīng)在150℃～165℃之間，以SBS為主要改性劑的改性瀝青較之略高，但不應(yīng)超過(guò)170℃。

2.3 控制施工質(zhì)量

控制和保證瀝青混合料的拌合質(zhì)量，如礦料級(jí)配、油石配比和混合料的拌合均勻度等。施工時(shí)應(yīng)對(duì)規(guī)避大寬度（大于8 000 mm）攤鋪，實(shí)踐證明，道路面層材料的均勻度隨攤鋪寬度的增加而遞減，而材料的離析卻隨攤鋪寬度的增加而增加。如果路面寬度較大，應(yīng)采用多臺(tái)攤鋪機(jī)協(xié)同作業(yè)完成。攤鋪過(guò)后，必須盡速進(jìn)行碾壓，且壓實(shí)密實(shí)度必須大于等于96%，為保證該指標(biāo)，攤鋪過(guò)后的壓實(shí)初始溫度應(yīng)不低于135℃～140℃。

3 總結(jié)

高等級(jí)瀝青路面面層損壞的成因固然多種多樣，但多集中在線(xiàn)形和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料的選擇及施工質(zhì)量的控制等主要方面。嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范作業(yè)和施工，同時(shí)有針對(duì)性地把握和控制影響道路施工質(zhì)量的重要因素，逐步減少以至杜絕瀝青路面面層損壞的目標(biāo)是能夠?qū)崿F(xiàn)的。